机械式高压直流真空断路器换流参数研究

基于换流原理的机械式高压直流真空断路器,是高压直流系统短路开断的有效方式之一,电弧熄灭后断口间介质恢复强度能否耐受恢复电压是决定其开断性能的关键,因此换流时间与最小安全开距的配合成为其设计的重要参考依据。该文利用直流开断实验平台,实验研究了高压直流真空开断系统样机在不同换流时刻、开断电流幅值、换流频率、换流电流与开断电流的幅值比(换流比)下的换流时间和最小安全开距。结果表明:换流时刻选择过早会导致电弧因开距不足而重燃,在实验条件下,换流频率3kHz,开断5kA直流电流,最小安全开距约为0.60mm;随着开断电流幅值的增加,最小安全开距近似线性增大;随着换流频率或换流比的增大,换流时间均将明显减小,对最小安全开距的要求也随着断口恢复电压的增加而更高。     

机械式真空直流断路器弧后电流测量研究

机械式直流断路器弧后特性是表征其开断性能的重要参数.为获得直流开断过程中真空开关弧后电流峰值与时间、电流零点附近的di/dt、du/dt等影响规律,该文首先分析基于电流转移的机械式真空直流断路器弧后电流测量原理,设计机械式真空直流断路器弧后电流测量装置参数,搭建基于强迫过零方式的机械式直流开断实验平台,测量开断电流为1.5kA情况下机械式真空直流断路器弧后电流,讨论换向频率和恢复电压对弧后电流的影响.研究表明,基于电流转移的弧后电流测量装置可以有效测量弧后电流,弧后电流随着换向频率和恢复电压的增大而增大,恢复电压在相位上稍滞后弧后电流约100ns,且换向频率对弧后电流的影响大于恢复电压的影响,为断路器开断性能的优化研究提供了参考.     

真空直流强迫过零开断过充特性

为研究过充对真空直流强迫过零开断的影响,基于永磁–斥力混合式快速机构和转移强迫过零开断方法,在合成回路试验系统中进行了真空小电流直流开断试验。通过搭建隔离式弧后电流测量装置及介质恢复强度测量装置,研究了过充条件下的截流电流、弧后电流及弧后介质恢复强度,得到了过充电压与前述3者之间的影响关系。研究结果表明:截流电流、弧后电流以及弧后介质恢复强度均随过充电压增大,换流频率对截流值和弧后电流的影响大于过充电压的影响,起主导作用。过充电压达到一定值后,出现第一过零点开断失败现象,在该文试验条件下,过充电压应控制在可开断成功的临界换流电容电压的4倍以内。     

新型强迫换流型限流断路器真空介质强度的恢复特性

为了保证新型强迫换流型真空直流限流断路器关断短路电流的可靠性,对该型断路器分断过程的真空介质恢复特性进行研究。设计了与断路器关断过程等效的介质恢复试验方案,通过等效试验结果和理论推演公式的拟合,得到了新型强迫换流型限流断路器真空灭弧室触头打开过程的动态介质强度恢复规律。研究结果表明:减小燃弧能量、提高触头运动速度可提高真空灭弧室介质的临界击穿电压;综合考虑燃弧时间与燃弧能量及触头开距的关系,随着燃弧时间的增加,真空灭弧室临界击穿电压先减小后增大。所得介质恢复规律可以作为新型断路器优化设计的参考依据。     

电容缓冲式混合直流断路器的实验研究

针对电容缓冲式混合直流断路器在无弧开断模式下,IGBT耐压过高造成通态损耗过大的问题,提出了一种新的开断模式——燃弧开断。利用PSCAD软件建立了仿真模型,经仿真分析可知,燃弧开断模式下的IGBT耐压要求相对无弧模式显著降低。设计了高速机械开关和换流实验回路,分析了实验等价性,进行了两种开断模式下的换流实验以及燃弧开断的等价性实验。实验结果表明,燃弧开断模式下的机械开关分断到一定开距时电流转移,能够承担逐渐上升的恢复电压,无需IGBT承担电压。无弧开断模式因存在机械开关固有分闸时间、初速度较慢和潜在"分流现象"等问题,IGBT需承担较高电压。实验结果在一定程度上验证了燃弧开断模式能够降低IGBT耐压要求的结论。     

真空直流开断固有介质恢复强度研究

为研究直流开断过程中触头开距、燃弧时间及电流过零时的di/dt对真空开关开断能力的影响,对真空开关分断之后的固有介质恢复强度进行了测量,即不加恢复电压下触头间隙介质的自由恢复过程。文中设计了永磁–斥力混合式快速机构,并采用转移强迫过零开断的方法,在合成回路实验系统中进行了真空小电流直流开断。搭建了用于测量弧后固有介质恢复强度的高压脉冲产生电路,在电流过零之后采用单电源高压脉冲放电法测量了不同触头开距、不同燃弧时间及不同di/dt下的触头间隙的固有介质恢复强度。研究结果表明:该文实验条件下的直流开断过程中存在一个临界开距,在此开距范围内,选择较快的分断速度和较短的燃弧时间,能够提高电流过零后电极间隙的固有介质恢复强度。同等开距同样的燃弧时间下,选择较低的反向电流过零频率能够提高电流过零后的固有介质恢复强度。     

一种混合式高压直流断路器的换流特性研究

高压直流电网发生短路故障时,为了系统安全稳定运行,直流断路器应在很短的时间内切除故障线路,而电流转移过程是断路器成功切断故障电流的关键。文中对级联全桥混合式高压直流断路器换流过程进行分析,着重研究了故障电流分断过程中断路器的3次换流过程,并建立换流过程的等效模型。在PSCAD/EMTDC中仿真分析了3次换流过程的主要影响因素及其影响规律,得到混合式断路器的换流特性结论,为研制开断时间更短、开断容量更高的直流混合式断路器提供参考。     

短路电流直流分量对断路器电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流的影响研究

随着电网容量的不断增大,电力系统短路电流直流分量的时间常数有很大可能大于其标准时间常数45 ms。目前非对称短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律尚无研究。因此,文中研究目标是获得短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律。基于高压断路器内部结构建立电弧物理焓流仿真模型,分别研究气体断路器开断对称电流和非对称电流时,燃弧阶段的关键电弧参数如电弧长度、压气室压力、喷口处气体质量流等参数的变化规律。研究结果显示:相同燃弧时间条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时,电弧长度变化不大,而燃弧过程中压气室压力、气体质量流略有增加。而在相同分闸时刻条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时的燃弧时间有可能更长,导致电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流数倍增长。然而,无论是在相同燃弧时间条件下,还是在相同分闸时刻条件下,上述关键电弧参数的变化使气体断路器的KEMA黑盒电弧模型计算得到的断路器开断能力的变化明显小于短路电流直流分量的增长所要求断路器需达到的开断能力量级。研究结果解释了断路器开断高直流分量的短路电流时,开断易于失败的原因,并可为提升高压断路器非对称短路电流开断能力提供理论依据。     

断路器专用名词浅解——之四

1.对称开断电流与非对称开断电流断路器的额定短路开断电流由两个值表征:交流分量(周期分量)有效值和直流分量(非周期分量)百分数.开断电流的交流分量有效值称为对称开断电流,含有直流分量时称非对称开断电流.开断电流的交流分量和直流分量可由图-1确定.在断路器触头分离瞬间,对称开断电流与非对称开断电流之间有下列关系:非对称开断电流=K·对称开断电流     

新型直流真空断路器强迫换流分断特性

基于强迫换流原理的新型混合型直流真空断路器是解决高上升率直流短路电流分断难题的有效方式。获知短燃弧、短间隙条件下真空开关大电流分断特性是快速直流真空断路器的研制基础。利用合成实验平台,研究了采用Cu Cr50平板型触头的真空开关,燃弧时间数百微秒,触头开距不足2 mm的条件下,分断20 kA左右电流的介质强度恢复特性。实验结果表明:真空开关分断电流17 kA时,以110 A/μs的速率换流过零后,经过41μs的近似零电压阶段的恢复,可以成功抗受10 kV/mm的电场应力,但延迟击穿重燃现象时有发生;分断电流21 k A时,电场应力不足5 kV/mm时,便会发生击穿重燃。通过触头结构设计,使开关分离拉燃电弧时形成双柱乃至多柱电弧成为改善真空开关分断特性的可行方法。     

论剩余电流和泄漏电流

本文较为详细地分析与讨论了剩余电流和泄漏电流这两个不同的概念,并提出了一种检测这两种电流的原理性线路。     

直流控制系统对直流近区交流线路短路电流幅值的影响

在故障期间良好的直流控制系统可以减少故障对电网的伤害。介绍了目前主流的直流控制系统逆变侧的结构及其主要参数,分析了控制系统的低压限流、最大触发角控制、电流放大器和换相失败预测等环节的基本结构,通过PSCAD/EMTDC软件搭建仿真模型,在故障期间分别限制不同控制环节的信号输出,研究其对短路电流幅值的影响,指出换相失败预测环节是影响直流近区交流线路短路电流幅值的直接因素,最大触发角控制和电流放大器环节间接影响短路电流幅值。     

分析零序电流与电容电流

流过故障点的总短路电流原则上都存在两个电流分量:即通过中性点接地回路形成的包含零序电流分量在内的短路电流Ik和由线路上相对地以及相间等效电容引起的电容电流。     

用击穿电流和电晕电流表示雷电回击标准电流

为准确计算雷电回击的电磁场 ,用击穿电流和电晕电流来拆分 IC标准雷电回击电流。前者用一种新型脉冲函数表示 ,后者用双指数函数表示。分别拆分拟合了标准中雷电首次回击和后续回击通道基电流。所得结果误差 <3%。     

大电流螺旋式绕组轴向分量电流作用下的扭矩及铁心结构中的电流

探讨了螺旋式绕组在其轴向分量电流作用下产生的扭矩和扭转变形,以及在铁心结构中产生的感应电流。     

保偏光纤电流传感器远程电流检测系统

针对传统电流传感器不能进行远程检测的缺点,采用了一种保偏光纤的电流传感器远程检测系统,分析了保偏光纤的传输原理,并设计了系统的硬件和软件。实验表明,系统能有效地进行高强电流的远程实时检测,延长了信号测量的传输距离,从根本上抑制了测量干扰,具有重要的实际工程价值。     

故障电流限制器现状及应用前景

目前我国某些地区短路电流过高制约着电网发展, 故障电流限制器可以快速限制短路电流,保证系统安全稳定运行, 是具有发展潜力的限制短路电流技术。故障电流限制器包括超导和和固态故障电流限制器2 种, 每种故障限流器具有各自的特性、工作原理、优缺点, 某些故障电流限制器已在国外投入使用。通过分析我国短路电流的特点及国外故障电流限制器的使用情况可知, 故障电流限制器是目前解决我国短路电流过大的措施之一。     

电流补偿型超导限流器的研究

电流补偿型超导限流器是一种新型的限流器拓扑,它由等效电流源、限流电阻并联后通过连接变压器串联人电力系统.正常运行时,等效交流电流源值与系统电流值保持一致,限流器对系统运行无影响;故障后,系统电流值远大于等效交流电流源值,限流电阻立刻自动投入限流.给出了实际应用电路及其控制系统,理论分析和仿真结果论证了该种超导限流器具有良好的限流特性.     

基于电流型PWM整流的恒流调光器研究

为了实现恒流调光器输出高品质的电能质量,文章分析了一种基于电流型PWM整流的助航灯光恒流调光器。首先分析了该恒流调光器工作原理和数学模型,其后通过大信号模型求解其电路方程的稳态解,设计了调光器的一种基于顺馈控制的解耦控制方法,可以有效的减少控制环路的稳态误差,实现恒流输出,并有效地降低网侧电流和输出电流的谐波含量,通过MATLAB/Simulink对系统进行了仿真验证,与传统的调光器相比其直流部分输出纹波小,网侧电流THD从2.71%降至1.88%,负载端输出电流的谐波含量从1.24%降至0.15%。结果表明,基于电流型PWM整流调光器的性能比传统调光器更优越。     

基于低功率电流互感器的电子式电流互感器

针对传统电磁式电流互感器绝缘复杂、容易磁饱和以及Rogowski线圈测量精度受骨架材料的温度特性和绕制工艺的影响等缺点,研制出一种仅采用一个低功率电流互感器(LPCT)实现大动态范围电流测量的电子式电流互感器.LPCT的输出经过A/D转换、电光转换,由光纤将高电位侧的电流信息传输到低电位侧;通过低电位侧的信号处理电路,同时提供测量和保护两种信号.试验表明,整套装置的准确度满足IEC 60044-8对0.2级计量和5P20保护电子式电流互感器的要求.通过对装置的温度试验得出:在-30℃～70℃温度范围内,系统的比差变化小于±0.1%,角差变化小于±2',验证了装置的实用性.