高压交流智能型模块化光控真空断路器的研究与试验

提出一种基于模块化真空断路器串并联结构的光控真空断路器,该断路器通过均压组件将3个40.5kV断路器模块串联成126kV高压断路器,同时通过紧耦合空心电抗器对断路器模块并联,实现自动均流和限流功能,并通过光纤接收发送控制信号。对高压交流智能型模块化光控真空断路器的整机结构进行设计,对整机和组部件进行试验考核,主要包括对设备的绝缘试验、均压试验、均流与限流试验、开断试验、机械操作试验等进行验证,并对试验数据进行分析。     

基于单元化真空断路器串并联结构的大容量高压断路器设计方案

针对目前制造工艺的高压交流断路器参数水平不能满足日益增长的电网短路电流水平引起的保护要求,提出了一种基于单元化真空断路器串并联结构的大容量高压断路器设计方案。该断路器将40.5kV光控单元化真空断路器通过均压组件串联成为110kV的高压断路器,同时利用具有高耦合度、正常工作状态下能耗小的空心分裂电抗器,有效实现了自动均流和限流功能、集成控制、成倍增大断路器承受的额定电流以及短路电流能力。对该设计的工作原理进行了理论分析及仿真计算后试验验证了其可行性,因而在真空断路器领域开创了新的技术思路,在参数指标上达到了新的高度,迄今国内外尚未出现同时达到电压〉110kV、额定电流〉5kA、额定短路开断电流〉80kA的真空断路器。     

新一代110 kV真空断路器挂网试运行研究

为了使高压断路器满足超大规模电网进一步发展的要求,研究了一种新一代高压大容量真空断路器。该断路器通过对40.5 kV断路器模块的串并联使得其额定工作电压、电流分别提升至126 kV和5 000A,短路开断电流达到80 kA。并通过紧耦合分裂电抗器自动均流/限流技术和动态均压技术提高了设备的可靠性。完成了该断路器的整机安装和挂网试运行的工作,并对运行中的断路器进行了相关的数据测量,包括电流、温度和漏磁。由该断路器正常稳定运行以及变电站挂网运行的数据验证了该断路器的设计方案的有效性,该工作为今后真空断路器的发展方向提供了很好的思路。     

一种基于252kV快速真空断路器的限流技术及其工程实践

随着宁夏电网规模的不断扩大,220kV系统短路电流超标问题日益严峻,且面临无有效措施可用的窘境。为此,该文提出一种基于252kV快速真空断路器的限流技术,该技术在故障发生后20ms内通过快速分列母线运行,实现对短路电流的柔性抑制。该文详细阐述了基于252kV快速真空断路器限流技术的限流原理,并研发了世界首台252kV快速真空断路器。选取宁夏石嘴山地区220kV陶乐变电站作为工程应用厂站,并进行了单相人工短路试验。试验表明,故障发生后12.1ms内,快速真空断路器可将母线分列运行,有效降低了短路电流水平。试验验证了柔性限流技术的可行性和安全性。     

采用紧耦合电抗器的大容量高压断路器设计

基于目前的制造工艺,现有高压交流断路器的参数水平尚不能同时满足日益增长的电网短路电流水平引起的保护要求及技术经济合理性。为此提出了一种新型结构大容量高压断路器的设计方案,该断路器利用耦合度高、正常工作状态下能耗小的紧耦合空心电抗器,结合断路器使用,能有效实现自动均流和限流功能,从而成倍增大断路器承受额定电流和短路电流的能力。对其工作原理进行了理论分析及仿真计算,并通过动模试验验证了其可行性。此外,参考GIS的设计,提出了采用金属外壳封闭气体绝缘的大容量开关装置的工程化实施方案。     

基于自具电源的光控真空断路器模块研制

借助多断口串联构造110 kV及以上电压等级的大容量高压/超高压断路器,并设计实现了一种光控真空断路器模块。模块设计工作在高电位,选用40.5 kV电压等级真空灭弧室作为基本元件,通过控制器和电力电子器件驱动永磁机构来操动断路器,接收从低电位控制器通过光纤发送的操作命令,返回模块实时的状态信息和动作时间。模块由特制的电流互感器线圈从母线上取电,存储在蓄电池中。高、低电位由光纤隔离。通过串、并联该模块可以构建高电压、大容量的真空断路器。模块结合相控开关分合闸技术,可以实现72.5 kV以上高压智能化真空断路器。试验表明模块具有良好的电参数和机械特性。     

具有串并联结构的模块化多断口真空断路器静动态电压分布特性

为向基于光控模块的多断口真空断路器的静态、动态绝缘特性设计提供参考,建立三维有限元分析模型,计算126 kV U型布置的三断口真空断路器的静态电位分布和真空灭弧室内部的电场分布。利用110 kV振荡型合成试验回路,进行低电压、小电流三断口串联断路器样机的开断试验,测量三断口的瞬态恢复电压分布。计算和试验结果表明:三断口真空断路器的静态和动态电压分布不均匀,高压端断口的静态分压超过65%,串联样机进行试验时底部可以不安装支架;高压端断口的动态分压(瞬态恢复电压峰值)超过60%,1 000 pF均压电容可以满足低电压、小电流开断均压要求,高电压、大电流开断情况需进一步验证。     

一种单钳位模块型往复限流式高压直流断路器拓扑

高压直流断路器是直流电网中最可靠的故障隔离方式之一,提出一种单钳位模块型往复限流式高压直流断路器拓扑,其同时具有故障限流和断路功能。该拓扑采用单钳位子模块作为主要的限流和故障清除装置,相比电感限流器具有更强的限流能力,相比IGBT具有双向通流能力。该拓扑可通过转换IGBT组在串、并联结构中切换,具有稳态低损耗、暂态高阻抗的特性。同时,采用模块化设计,能够自由增减支路数、单钳位子模块数量,改变子模块类型,可以适用于不同的应用场景。最后,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台中搭建6端直流电网模型,验证所提直流断路器拓扑的可行性。     

超导限流式直流开断技术1:超导限流研究

高压直流断路器的成功研制是直流多端输电系统和直流电网发展的关键。目前高压直流断路器的发展方兴未艾,但开断的短路电流值仍然有限,笔者提出了一种基于超导限流技术的高压直流断路器,可以极大提高短路电流的开断能力。该直流断路器由直流超导限流模块和开断模块组成,文中的研究内容为超导限流模块的快速限流特性、电流转移特性、大电流耐受特性。实验结果表明,超导限流模块具有快速的限流特性,在1 ms内即开始限流,能将几十千安培甚至上百千安培的短路电流限制在几千安培,施加磁场后的超导限流模块具有宽电流限制能力。所提出的直流断路器将超导限流技术和直流开断技术有效结合,具有反应迅速,开断电流大,可用于高电压场合的优势,是一种有发展前途的高压直流断路器。     

考虑MMC主动限流控制影响的直流断路器参数优化方法EI北大核心CSCD

直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)成本是制约高压柔性直流系统发展的重要因素之一。为降低直流系统对断路器的要求,文中首先介绍模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)主动限流控制策略,提出状态空间平均模型下的直流短路电流时域解,分析采用主动控制方案改变电容放电状态占空比优化DCCB参数的可行性。提出考虑MMC主动限流控制的混合式DCCB参数的计算方法,分析占空比对DCCB的最大关断电流、机械开关时间、金属氧化物避雷器(metaloxide surge arrester,MOA)吸收能量的影响,设计DCCB的选型优化流程,降低DCCB的成本。最后,通过仿真和实验验证理论分析的合理性。     

10kV永磁断路器驱动电路设计及其脉宽调制仿真

永磁断路器作为过零投切开关使用是一个新的应用领域。针对目前普遍采取的直接电容对断路器线圈放电,断路器线圈开关电流不一致而导致永磁断路器开关动作存在分散性的问题,设计了一种新型永磁断路器驱动电路,跟踪给定线圈工作电流,保证线圈开关动作电流相同,并给出了的电路参数选择方法及适用范围,最后用软件进行了仿真,验证了方案的可行性。     

川西地区带合闸电阻断路器的操作过电压分析

为了给500 kV线路带合闸电阻断路器的运行提供技术依据,综述了近20年全国各超高压变电站发生的多起合闸电阻爆炸实例,然后通过PSCAD软件仿真,以川西地区500 kV主干网为研究对象,计算了空载线路投切时,500 kV线路操作过电压情况。计算结果表明,由于合闸电阻的作用,断路器断口和绝缘都可以承受从线路两侧产生的操作过电压。     

采用高耦合度分裂电抗器的并联型断路器均流过程研究

为了研究基于高耦合度分裂电抗器(high coupled split reactor,HCSR)的并联型断路器的并联均流效果,推导了简单并联及基于HCSR的并联型断路器并联支路间不平衡电流的表达式,通过分析得出结论:HCSR单臂限流电感、双臂间耦合度、选用的断路器弧阻大小等因素是影响并联型断路器均流效果的主要因素。为验证上述结论,建立了HCSR、真空灭弧室、SF6灭弧室的电路仿真模型,开展了相关仿真分析,并采用合成回路进行了对应断路器并联开断实验。仿真、实验结果与理论分析结果相符合。基于上述研究结果,最终给出了针对不同类型并联断路器的HCSR单臂电感的选取原则,以用于指导新型并联断路器的设计。     

高压断路器运行状态的多级模糊综合评估

提出了一种高压断路器运行状态的多级模糊综合评估模型。该模型根据断路器的实际运行状态,确立了高压断路器隶属度函数,定义了断路器运行状态的特征指标集,构建了高压断路器的二级模糊评估模型,选取了19个基本指标作为断路器的评估内容,经实例分析计算,该模型可以体现断路器工作状态几种参数的有机结合,为评估断路器的整体工作状态提供一种综合方法。     

区域性分布式高压断路器状态监测与故障诊断系统的开发

介绍了高压断路器状态检修与监测的意义与现状以及状态监测的主要方法;根据需要,设计了区域性分布式高压断路器状态监测与故障诊断系统;阐述了系统各主要模块的功能。     

河南电网中三大类型断路器运行状况分析

LW6型、LW15型和LW10B型断路器为河南电网220kV电压等级开关的主要设备,其使用量占全部220kVSF6断路器的80%。其中,LW6型断路器是河南电网服役最早的SF6断路器,其中的大部分运行年限接近或超过10年,有的已接近20年。这些设备的运行状况对河南电网具有直接影响。     

从动力配合角度对真空断路器弹簧操动机构进行优化设计

论述了真空断路器所使用的弹簧操动机构的优化方法,提出对每种断路器均需要一种动力与之相配合的操动机构,同时在110kV真空断路器样机负载特性给定的条件下,对传动杆件进行了优化设计分析.     

用于并联断路器的紧耦合电抗器设计

随着电网的扩建和巨型发电机组的投运,电力系统已经越来越多的暴露出短路电流过大的弊病。单一断路器的使用已经不足以安全开断短路电流,而断路器的配合使用又存在控制系统复杂,造价高等缺点。为解决上述问题,提出了应用紧耦合电抗器的方案以使断路器的并联使用简单化和智能化,达到自动均流/限流的目的,大大提高了系统短路电流的开断水平,同时具有结构简单、运行可靠、功耗小的优点。这种紧耦合电抗器,与并联断路器配合使用,在系统正常运行时,对外表现为漏电感,数值极小,同时由于自身结构的原因能自动均流;而在系统发生短路时,会自动判断并联断路器的灭弧室是否同时开断,从而产生均流/限流功能。在介绍了这种紧耦合电抗器的工作原理和设计方法后分析了紧耦合电抗器磁效应可能造成的外部影响,并对该种电抗器在电路中的使用进行了仿真。结果显示,该紧耦合电抗器确能实现自动均流/限流的功能,对外部设备的影响较小。     

国内配电开关设备现状及事故情况

介绍了国内配电电压等级开关设备的现状，统计分析了配电开关设备1990－1999年的事故情况以及SF6开关和真空开关的故障特点，指出了无油化是高压开关设备发展的必然趋势。     

断路器可靠性研究的国内外概况

在检索国内外相关资料的基础上,分析了国内外学者在断路器可靠性研究（可靠性指标,可靠性试验方法和可靠性试验装置等）方面的研究水平。