柔性直流輸電和多端直流電網(wǎng)對能夠快速開斷大電流、可靠性和經(jīng)濟性好的高壓直流斷路器有日益迫切的需求。綜述了直流斷路器的拓撲形式,分析了機械、全固態(tài)及混合式等直流開斷方式的特點及適用場合,指出混合式強制換流方案、機械式預充電人工過零方案更易滿足高壓大容量直流系統(tǒng)的高速開斷要求。提出混合式直流斷路器的研制重點在于提高機械開關(guān)的操動速度,減少元件數(shù),提高可靠性與經(jīng)濟性;機械式直流斷路器應重點關(guān)注詳細拓撲、機械開關(guān)滅弧單元在人工零點下的極限開斷能力、振蕩回路參數(shù)優(yōu)化和快速機構(gòu)的研制。 

【文章來源】：南方電網(wǎng)技術(shù). 2015,9(02)北大核心

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【部分圖文】：

“人工電流零點”法原理圖

ropoint正常運行時，直流電流通過機械開關(guān)，運行損耗校短路故障時，機械開關(guān)觸頭分斷并燃弧;觸頭打開至一定開距后，反向電流產(chǎn)生支路導通并產(chǎn)生高頻反向電流疊加在機械開關(guān)上，形成“人工電流零點”，斷路器利用此時機熄滅電弧;隨后，當機械開關(guān)兩端恢復電壓上升至一定值，吸能支路導通吸收直流系統(tǒng)能量，完成直流故障開斷。根據(jù)反向電流產(chǎn)生的不同原理，可以將“人工電流零點法”分為自激振蕩法、預充電振蕩法以及其他人工零點型式。2.1.1.1自激振蕩法［3－4，10－12］自激振蕩式“人工電流零點”法拓撲原理如圖2所示。反向電流產(chǎn)生支路由電容C和電感L串聯(lián)組成。吸能支路由非線性電阻ZnO避雷器構(gòu)成。圖2自激振蕩原理圖Fig.2Schematicofself-excitedoscillation開斷直流電流時，電流斷路器CB打開并燃弧，由C、L回路自動激發(fā)出幅值不斷增大的振蕩電流;振蕩電流幅值超過系統(tǒng)電流時，將在CB中形成振蕩過零點，CB斷口電弧熄滅;最后由ZnO避雷器10南方電網(wǎng)技術(shù)第9卷

聯(lián)絡(luò)工程的CELILO換流站中進行了現(xiàn)場測試［13］;同期，美國西屋公司利用改造后的SF6斷路器，成功研制了500kV/2.2kA的自激振蕩型高壓直流斷路器樣機，并通過了CELILO換流站的現(xiàn)場試驗［14］。自激振蕩法結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、成本低，但開斷時間與回路參數(shù)密切相關(guān)，一般幾十毫秒后才能形成人工零點;該類型斷路器一般需要采用具有較高弧壓的SF6等類型的高氣壓電弧機械開關(guān)，現(xiàn)有操動機構(gòu)往往難以滿足其超快速驅(qū)動的要求。2.1.1.2預充電振蕩法［3－4，10－11］預充電式“人工電流零點”法拓撲原理如圖3所示。反向電流產(chǎn)生支路由預充反向電壓的電容C、電感L、預充電裝置U和觸發(fā)開關(guān)K共同構(gòu)成。圖3預充電振蕩原理圖Fig.3Schematicofpre-chargeoscillation當斷路器收到分閘命令后，CB打開并燃唬當CB觸頭分開至足夠開距時，閉合K，LC支路產(chǎn)生反向電流疊加至CB支路，形成電流零點，CB斷口電弧熄滅;再由ZnO避雷器吸收系統(tǒng)能量。預充電振蕩法僅利用CB的開斷原理，與其弧壓無關(guān)，可利用短間隙真空機械開關(guān)作為開斷單元;該方法開斷速度僅與機械開關(guān)觸頭分斷速度、LC支路參數(shù)以及開關(guān)K的閉合速度相關(guān)，可實現(xiàn)直流電流的高速分斷。該拓撲需要增加電容器充電回路、觸發(fā)開關(guān)K等單元，設(shè)備繁多、控制復雜。預充電振蕩式的“人工電流零點”法是近年來較受關(guān)注的一種開斷方式，適用于高壓大電流場合。1972年，GE公司基于預充電振蕩過零原理，利用真空斷路器串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，研制了80kV/30kA的直流斷路器樣機［15］;1984年，日本東芝公司綜合了真空斷路器的快速弧后介質(zhì)恢復速率和SF6斷路器的大容量開斷能力的優(yōu)點，利用預充電振蕩過零原理成功開發(fā)250kV/1.2kA的商用斷路器［16］;1985年日立公司利用預充電振蕩過

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]高壓直流斷路器及其關(guān)鍵技術(shù)[D]. 張弛.浙江大學 2014



本文編號：3624768