混合式高压直流断路器试验技术

混合式高压直流（HVDC）断路器是电力电子结合机械开关技术领域新型的高端电力装备,迄今为止其电气试验尚没有可以参照的国际或国家标准。为此,深入分析了混合式高压直流断路器的极限工况,梳理了快速机械开关、主支路阀组以及转移支路阀组等关键构成部件的电气应力,提出了能够全面考核整机电磁、热与机械等性能的运行试验和绝缘试验项目,并完成了试验系统的搭建。研究结果表明：所研制的世界首台535 k V电压等级混合式高压直流断路器样机及其关键部件在搭建的试验系统中完成了所提出的各项试验,最大开断电流为25k A,开断时间小于3 ms;针对性提出的试验方案和实现技术能够充分在实验室内考核混合式高压直流断路器的各项指标;试验结果证明了方案的正确性和可行性。该研究为未来混合式高压直流断路器相关试验检测标准的制定奠定了基础。

柔直工程500 k V机械式直流断路器容量试验

机械式高压直流断路器是张北±500 kV柔性直流输电工程的关键设备,其技术性能的可靠性是张北柔直示范工程系统安全稳定运行的可靠保障。由于高压直流断路器的运行工况复杂,仅依靠仿真和计算无法实现其性能的有效考核,因此容量试验是考核直流断路器的短时电流耐受能力、以及短路工况下的开断和关合能力,以及额定电流和小电流开合能力的唯一有效方法。文中介绍了张北柔直工程用500 kV高压直流断路器的容量试验技术、试验参数要求,以及试验回路的设计与实施。文中的内容为了解、执行和研究高压直流断路器容量试验提供了参考与依据。

直流断路器测试装置的研制及应用

针对目前直流输电工程中大量应用的直流断路器,提出一种自动调试的方法,设计了一种测试装置,用于解决直流断路器主支路阀组、转移支路阀组、二极管阀组的工程调试。测试装置包括信息处理模块、光纤脉冲收发模块、采集模块、程控电源模块等部分。测试方法是:通过信息处理模块控制程控电源模块对直流断路器的转移支路阀组、二极管阀组、主支路阀组进行充放电回路的检测;通过光纤脉冲收发模块控制直流断路器相关模组的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)通断进行功能测试,包括检测正常控制的功能,检测硬件功能和异常控制的功能,检测软件协议容错能力。测试时专家系统自动比对采集模块实时采集的特征曲线,结合反馈的状态信息,快速检测被测模块硬件电路、定位故障。在张北工程中的实际应用表明该方法能够满足现场验收测试及出厂调试的需要。

±10 kV直流配网用混合式中压直流断路器拓扑设计与试验

为解决±10 kV柔性直流配电网发生短路时故障电流大,开断短路电流困难的问题,提出一款±10kV混合式中压直流断路器拓扑方案。利用PSCAD/EMTDC软件对该直流断路器拓扑进行仿真。仿真结果表明:当系统发生短路时,直流断路器能够在2.54 ms(<3 ms)时间内分断2.5 kA短路电流,转移支路中承压绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)两端最大电压约为17.5 kV,同时研究了RC回路中不同R值(1Ω,5Ω,10Ω)对系统电压振荡波形的影响,R取值越大振荡时间越小;同时理论推导了直流断路器分断过程中的电气应力暂态方程。最后基于所提出的拓扑结构研制了±10 kV直流断路器样机,搭建试验平台对直流断路器开展分断试验。试验结果表明:该款±10 kV直流断路器能够在3 ms内双向(正向和反向)开断100 A小电流和2.5 kA短路大电流,试验结果与仿真结果保持一致。

应用于张北四端柔直工程±535kV混合式直流断路器样机研制及试验研究

针对张北四端柔性直流输电工程要求,提出了±535kV混合式直流断路器拓扑结构和样机研制方案。利用PSCAD对直流断路器在分断时主支路、转移支路和耗能支路的强迫换流方式进行了仿真研究。仿真结果表明:主支路绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)在分断关合过程会承受3305 V/2200 A的电气应力最大值,转移支路IGBT在不含冗余条件下会承受3327 V的电压应力,直流断路器分断时间<3 ms。最后对±535kV混合式直流断路器的工程样机进行了研制与试验。试验结果表明,本次基于张北四端柔性直流工程的±535 kV直流断路器样机工作可靠,能满足不同电流工况下分断要求,并能够在2.84ms内分断25kA短路电流,满足工程上分断时间<3 ms的分断要求。试验结果与仿真结果一致性较好,能较好地满足工程需求。