500kV直流断路器隔离供能系统均压设计

为解决向500 kV直流断路器提供能量的难题,该文提出一种工频电磁供能系统,采用直流500 kV隔离变压器将能量传输至所处直流母线电位的断路器平台,再通过平台上的隔离变压器将能量传输至断路器内部不同电位点功率单元处.直流500 kV隔离供能变压器由10级50 kV变压器级联而成,平台上隔离变压器由8级50 kV级联而成...     

基于等效电路的高压直流断路器均压电极设计

为研究直流断路器内冷水路中的均压电极设计问题,将直流断路器冷却水路物理结构等效为电路图,实现对散热器支路漏电流的仿真.仿真结果表明在结构中增加均压电极能有效降低散热器支路的漏电流,其中在进出水支路均设置均压电极时漏电流能降至最小,这为直流断路器的均压电极设计提供了理论依据.     

混合式高压直流断路器供能系统设计

混合式高压直流断路器正常工作时,无法与柔性直流换流阀模组一样通过直流电容取能,也无法与交流系统如电子式互感器一样直接利用交变的系统电流电磁耦合获取能量。为此,针对500 kV混合式高压直流断路器内不同部件的负载特性,提出了多目标分层次的工频隔离供能系统方案,采用对地隔离、层间隔离和阀组隔离等手段解决了混合式直流断路器正常运行和开断瞬间过电压情况下不同带电位部件的供能难题。针对最为关键的对地隔离供能变压器,首先研究了多级串联变压器暂、稳态工况下的均压特性,提出了相应均压措施,然后通过理论计算和仿真进行了供能变压器的电磁场、损耗和温升设计,最后将所提出的供能系统在500 kV混合式直流断路器中进行了试验验证。试验结果表明:按照混合式直流断路器内部不同部件的负载特性进行多目标供能,可显著地降低供能变压器的总体容量要求,从而减小设备体积和研制难度;通过多级分层次的隔离,降低了单个隔离供能设备的绝缘水平,且易于实现;通过合理的暂、稳态均压措施,供能变压器可满足不均压系数小于5%,雷电冲击电压1 550 kV,操作冲击电压1 300 kV,并且内部温升不大于40 K的技术指标要求。     

±500 kV混合式直流断路器用串联多断口高速机械开关均压影响因素

高压直流断路器是高压直流电网的关键设备。混合式直流断路器主支路中的高速机械开关采用多个断口串联的形式以满足速动性要求,选取合适的均压组件参数可有效保证机械开关满足静动态耐压需求。但其在实际运行中可能受到多种因素的影响,并且相关的研究成果较少。以拟用于组成张北四端柔直电网工程中±500 kV混合式直流断路器的550 kV串联六断口高速机械开关为研究对象,通过3维有限元模型计算了其电位分布特性及分布电容参数,建立等值阻容网络模型研究了单断口故障不动作、断口动作时间分散性、装设屏蔽金具等因素对均压组件参数配置的影响。研究结果表明:单断口故障不动作及动作时间分散性对均压组件参数配置影响很小;装设屏蔽金具对均压有较小的正面影响;最终需要综合各因素进行参数校核。研究结果可为实际工程中无弧分断形式的串联多断口机械开关均压设计提供参考。     

特高压1100 kV柱式断路器断口均压电容器配置研究

特高压柱式断路器由多断口串联的灭弧室组成,在开关挂网运行时,各断口承受的电压由于分布电容的影响分配不均匀,断路器断口并联均压电容器,可以保证各个断口的电压分布较为均匀。本文以1 100 kV柱式断路器为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件计算断路器断口分布电容,并应用数字仿真软件ATP建立电容等值模型,计算不同均压电容器配置方式下各断口的电压不均匀系数。计算结果表明:当柱式断路器4个断口并联的电容器容量分别为2 500 pF,2 000 pF,2 000 pF,2 500 pF时,各断口的电压不均匀系数均小于1.1,电压分布较为均匀。     

一种含有均压均流电路的限流式高压直流断路器

针对混合式直流断路器电力电子器件依靠燃弧电压导通,极易出现过压过流等问题,提出了一种新型限流式直流断路器拓扑,设计了其固态开关的均压均流电路,并对其进行建模分析。所提出的拓扑在断路器正常运行时无额外损耗,在短路故障发生时可以无延时地导通固态开关,并快速切断短路电流,其均压均流电路在不影响故障切除的同时能有效均衡各电力电子器件的电压电流。最后对所提拓扑在PSCAD/EMTDC软件平台上进行建模仿真,结果表明提出的新型限流式直流断路器能够在短路故障发生时有效限制短路电流上升,快速切断故障,并可靠地保护固态开关。     

高压直流断路器供能变压器的设计与试验北大核心CSCD

混合式高压直流断路器的负载形式多样且复杂,针对其供能问题,文中提出了一种级联结构的隔离供能变压器设计方案,以满足±535 kV/25 kA混合式高压直流断路器分层次多目标的供能需求。其中最为关键的是对地隔离供能变压器,因此首先介绍对地隔离供能变压器的级联结构,并对电场、温升进行了仿真校核;然后进行了对地隔离供能变压器抗震性能的有限元计算分析,结果表明满足9级烈度地震的强度要求;最后进行了对地隔离供能变压器样机长期直流耐压下温升试验,以及单节隔离变压器高低温试验和输出绕组温升的测定,结果表明在长期直流耐压下,隔离变压器温升约18 K,电阻温升约33 K,电容器温升约12 K,而单节隔离变压器在高低温作用以及高温带载情况下,环氧树脂未发生开裂等问题,且满足绝缘要求,同时测试计算得到输出绕组温升约为26 K,与热仿真结果基本一致,另外通过试验验证了对地隔离供能变压器的绝缘性能满足要求。     

断路器均压电容引起的铁磁谐振及防止措施

结合现场运行情况，阐述了断路器断口均压电容引起铁磁谐振的原因及其防止措施。     

考虑混合式直流断路器整机结构的多断口串联机械开关均压设计

高压直流断路器是高压直流电网控制保护的关键设备之一。为解决混合式直流断路器串联多断口机械开关的均压设计问题,该文搭建试验回路,开展双断口串联机械开关稳态、暂态电压分配特性试验,通过静电场仿真提取其分布电容参数,建立电磁暂态仿真模型,场–路结合分析均压组件参数对断口电压分配特性的影响规律。仿真与试验结果相对误差不大于3.0%。以典型±535kV混合式直流断路器为例,考虑断路器整机结构,进一步研究均压组件参数对断口电压分配特性的影响规律,得到在均压系数≥95%的条件下,六断口串联机械开关均压组件参数的建议选取范围为：100MΩ≤均压电阻≤1000MΩ,均压电容≥4.83nF,100Ω≤限流电阻≤500Ω。结果表明场–路结合分析方法进行多断口串联机械开关均压设计的有效性,可为混合式直流断路器多断口串联机械开关均压设计提供参考。     

200kV高压直流断路器设计特点及监造节点探讨

介绍了高压直流断路器部分的设计特点、监造节点及相关试验,以供参考。     

252kV快速断路器均压系统优化研究

在高电压等级设备的结构设计中,电场分布是不可忽视的影响因素,因此需在快速断路器的研发阶段对其电场分布进行分析校核。本文以252kV快速断路器为研究对象,建立三维简化模型进行电场仿真计算,分析均压装置的结构、尺寸及安装距等对电场分布的影响。通过对比研究实现对均压装置结构、安装位置及尺寸的优化配置,最终确定选用管母型均压装置,管径为40mm,安装距为20mm,此方案可将设备最大电场强度控制在2.3kV/mm以下。本文研究结果可为产品的优化提供参考。     

高压断路器均压电容的作用及改进措施

分析了高压断路器断口并联电容在熄灭电弧过程中的作用,并针对并联电容一旦损坏,将产生过电压危及电气设备的问题,提出了改进措施。     

直流微网混合式断路器IGBT串联均压特性

混合式断路器在直流微网应用中将多个绝缘栅双极晶体管(insulated gatebipolar transistor,IGBT)串联以承受关断过电压,为此对IGBT串联动态均压特性展开探讨。首先,分析了IGBT串联动态不均压原因及电阻、电容、二极管(RCD)无源缓冲均压电路工作原理;其次,通过仿真分析不同RCD电路参数对均压特性、IGBT关断损耗及过电压、二极管反向电压的影响;最后,搭建容量为1.2 kA/2.4 kV的IGBT串联开断单元,以500 ns关断时间差、600 A短路电流为实验条件,进行开断验证。研究结果表明:缓冲电容在一定范围内越大,IGBT的过电压、关断损耗、不均压程度越小,但过大的电容值对3者减小的作用有限;缓冲电阻在一定范围内越大,避雷器关断后,电路阻尼振荡的抑制效果越好,但二极管承受的反向电压会增大;结合仿真和实验,提出缓冲电容2～3μF,缓冲电阻2Ω的最佳电路参数,并在此基础上给出二极管选型原则。该文通过研究获得的RCD无源缓冲电路均压特性,可为工程应用提供一定技术参考。     

高压直流断路器电力电子器件供能技术

高压直流断路器受限于运行方式,其内部大量电力电子器件驱动板卡无法通过系统自取能工作,是高压直流断路器研制的主要难点之一。该文基于500kV高压直流断路器中电力电子器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)驱动板卡的负载特性,提出了对地级、层间级和组件级的分层隔离供能方法,开展了对地隔离供能变压器电磁场、机械和热的多物理场仿真研究,并对IGBT器件高电位驱动板卡的供能线圈进行了设计,通过有限元仿真模块Maxwell和电路仿真模块Simplorer搭建了供能线圈和驱动负载的仿真模型,进行了场路耦合联合仿真,最后在500 kV高压直流断路器上试验验证了所提供能技术的可行性及可靠性。结果表明:通过分层次的隔离供能,可为各层供能线圈提供稳定的输入电流,从而可靠地为电力电子器件高电位驱动板卡提供电源,不仅解决了高压直流断路器无法通过系统直接取能的难题,还能显著减小供能设备的绝缘水平要求,降低研制难度,并已在±500kV张北柔直工程中应用。采用多级串联的对地隔离变压器能够满足500 kV电压等级的绝缘要求,内部温升小于30 K,且能够满足9级烈度抗震要求。采用硅钢片工频取能的供能线圈能够满足高电位驱动板卡5 VA的负载容量要求,且结构尺寸小,易于大规模工程化应用。     

高压断路器均压电容的作用与改进措施

分析了高压断路器断口并联电容在熄灭电弧过程中的作用 ,并针对并联电容一旦损坏 ,将产生过电压危及电气设备的问题 ,提出了改进措施     

断路器断口均压电容与母线电压互感器谐振过电压实例分析

通过断路器断口均压电器与母线电压互感器发生谐振过电压实例，分析了产生谐振的原因，提出了应从中吸取的教训以及防止发生谐振的措施。