新型混合式限流断路器设计及其可靠性分析

混合式限流断路器兼备了机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速分断的动态特性,是国际上断路器研究的新方向。文中提出了一种基于快速晶闸管的新型混合式限流断路器结构,并针对低压场合,开展了2kA/320V混合式限流断路器样机的设计研制工作。深入分析了限流断路器的关断可靠性,证明了关键参数设计的正确性,并对参数设计进行了优化。试验结果表明,自行研制的超高速斥力开关能够在接到分闸指令280μs时间内完成触头分离,将电流转移到由大功率快速晶闸管组成的固态开关电路上,该快速晶闸管开关电路可在最短53μs时间内实现对10kA短路电流的可靠分断。     

基于IGBT软关断的混合式限流断路器结构与分析

回顾了混合式限流断路器的发展,针对4000 A/400V低压场合,提出了一种新型的基于绝缘栅双极晶体管(IGBT)软关断技术的混合式限流断路器的结构,在保证能迅速切断故障的同时兼顾了IGBT的瞬间特性,这种结构具有简单、实用的特点.文中介绍了其工作原理及设计要点,并进行了相关的仿真实验,在此基础上分析了混合式限流断路器的性能参数.实验表明,它综合了机械式断路器和固态开关的优点,可以在故障发生后极短时间内达到限制短路电流增大的目的,将在电力系统中得到更广泛的应用.     

舰船电力系统新型限流保护技术的仿真分析

针对舰船直流电力系统极限短路电流难以分断的问题,开展了舰船电力系统新型混合式限流保护技术的仿真分析.通过建立含限流断路器的电力系统仿真模型,分析了舰船电力系统安装直流限流断路器的限流效果.仿真结果表明,新型限流断路器能够满足舰船电网对保护设备快速性和有效性的要求.     

基于超快速电磁斥力开关的新型混合式限流开关的设计与试验

针对直流电网短路故障时迅速产生的短路电流,提出了一种零电压型混合式直流短路电网限流开关拓扑结构,以超快速电磁斥力式机械开关为通流支路,用快速限流熔断器代替固态开关支路和能量吸收支路的功能。开发出额定为640V／2500A的原理样机,试验结果表明样机将预期峰值为100kA,时间常数为4．17ms的短路电流限制10kA以下,证明了所设计限流开关工作的快速有效性。     

混合式限流断路器阶段分析及其控制策略优化

针对传统真空断路器在微电网无缝切换时遇到的分断速度慢的问题,提出基于高速机械开关和固态断路器新型混合式交流限流断路器的设计方案。对该断路器在预期短路电流20 k A的工况下换流分断过程分阶段进行了分析,推导了限流断路器短路分断时间的计算公式,并进行了不同关断电感下的模拟仿真以验证所建模型的正确性。在分析结论的基础上完成了限流断路器关键器件参数的设计。通过对分断保护控制策略的优化,有效减小了触头分离时电弧的大小,提高了短路限流分断性能。经仿真试验改进后的400 V/450 A混合式限流断路器可以将预期短路电流20 k A的故障电流限流至4 200 A以下并完成分断,短路分断时间仅不到1 ms。     

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。     

混合式有载分接开关研究

分析了各类型有载分接开关的原理及优缺点,提出了一种新型混合式有载分接开关解决方案,并用MATLAB/Simulink对切换过程进行仿真研究,验证了新型混合式有载分接开关的可行性。     

限流断路器的混合式灭弧室的研究

研究窄缝灭弧室应用于交流低压限流断路器的可能性，通过栅片灭弧室与窄缝灭弧室限流性能对比，提出一种低压限流断路器的混合式灭弧室，它综合了两个灭弧室性能上的优点，实验证明，这种新型灭弧室的性能优于栅片灭弧室。     

基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器参数设计

研究了基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器。采用电力电子复合开关,以降低高压混合式直流断路器的电力电子功率器件串联数量;采用特殊设计的限流电路,在故障发生时抑制短路电流的上升速率,并可在线路断开后自行释放能量,避免感应过电压的产生。同时,对限流式混合直流断路器的参数设计原则及复合开关的配置方法进行了详细的推导,并对其正确性进行仿真验证。仿真结果证明,采用文中所述方法进行限流式混合直流断路器的设计,不仅可以在直流电路发生短路故障时有效限制短路电流上升率,降低短路电流开断难度,还可以显著减少器件串联数量,从而达到降低装置体积与成本的目的。     

混合型限流断路器在高短路电流上升率时换流试验分析

提出了一种基于高速斥力开关和双向晶闸管开关的新型混合型限流断路器方案,在研制出3 kA/320 V限流断路器样机基础上,对其在高短路电流上升率时的换流过程进行了分析和试验研究.推导了换流过程的等效电路模型和换流时间的计算公式,并进行了不同电流上升率的限流试验以验证所建模型的正确性.通过减小换流支路电感和减小斥力开关动作延时,样机成功实现了13.6 kA的电流转移(电流上升率为26 A/μs)及限流分断,换流时间仅为100μs.