高压直流输电工程中的直流断路器设计及应用仿真

介绍直流断路器的设计原理,利用PSCAD仿真软件建立了基于改进Mayr模式的电弧模型以及直流断路器的模型.比较了直流断路器两种不同的设计方法,并基于大量仿真试验,提出了直流断路器设计中元件参数的选择方案.最后通过PSCAD/EMTDC仿真,证明了该方案在HVDC工程MRTB设计中的可行性.     

特高压直流转换开关MRTB电弧特性仿真与实验研究

针对特高压直流转换开关MRTB,基于磁流体动力学理论建立了MRTB开断的燃弧过程数学模型。从电弧的物理过程出发,耦合了外部电路与机械运动对电弧的影响,实现了对MRTB灭弧室内电弧自激振荡的动态过程仿真计算。获得了开断中,SF6电弧温度压力等分布的内部动态过程以及电弧电压与振荡电流随时间变化的曲线,并进行了实验验证。研究工作可以应用于分析转换开关自激振荡中的电弧物理过程、研究不同电路参数的影响、优化断路器的灭弧室设计等方面,为特高压直流转换开关MRTB的研制与优化奠定了理论基础。     

葛洲坝换流站金属转换开关操作引起的避雷器事故分析及对策

在 1998年葛南直流输电工程额定容量考核试验中 ,葛洲坝换流站 1台MRTB并联避雷器在金属转换开关操作时发生故障损坏。笔者通过试验研究和EMTP计算 ,得出了MRTB并联避雷器损坏的主要原因是该型避雷器密封不严 ,水分潮气进入所致。建议将新购的 16台避雷器全部安装 ,每年对避雷器和MRTB断路器进行预防性试验     

兴仁换流站金属返回转换断路器偷合情况分析

2007年08月21日兴仁换流站金属返回转换断路器(MRTB)出现了偷合的现象,为了搞清楚事件发生的原因,文章对事件发生的情况及直流保护软件的逻辑进行了分析,发现直流保护软件存在缺陷而导致金属返回转换断路器偷合,并提出了相应的改进措施和方法。     

葛上直流输电工程直流断路器简介及其阻尼电阻的测量

葛上±500kV直流输电工程中,葛洲坝换流站直流场所使用的直流开关,根据其使用场合分别采用了金属回路转换断路器(MRTB)、金属回路转换开关(MRTS)和低压高速开关(LVHS),其中仅MRTB承担开断直流大电流。这是因为在接地回路的磁场中贮存着相当大的能量,当大地回路向金属回路转换时,需要转换的电流甚大,要耗散这些能量,而又要求不在直流中性母线上产生不可接受的过电压,一定要采用直流断路器。下面着重介绍该断路器的组成、原理、特点及其阻尼电阻的测量。     

±800 kV换流站MRTB防跳缺陷及改进措施

特高压直流MRTB开关主要用于直流金属回线至大地回线运行方式的转换上,在一些特定情况下会出现开关的异常跳跃,MRTB跳跃次数过多很可能导致振荡回路避雷器损坏甚至爆炸.为此,在分析±800 kV换流站MRTB开关防跳原理基础上,提出了3种改进措施并进行了优劣性对比,选出最优化方案.该方案应用于±800 kV楚雄换流站工程,解决了MRTB开关的异常跳跃现象.     

±800kV云广特高压直流金属回线断路器跳跃现象原因分析与控制策略优化

±800 k V云广特高压直流工程具有大地回线运行方式和金属回线运行方式两种正常运行方式。金属回线断路器(metallic return transfer breaker,MRTB)的稳定运行决定以上两种运行方式能否转换成功,直接影响直流输电工程的安全稳定运行。以±800 k V云广特高压直流工程实际运行过程中发生的MRTB跳跃现象为切入点,深入分析该断路器发生跳跃现象的主要原因,并有针对性地提出了解决跳跃现象的方案。所提方案已通过试验室和工程现场试验验证,均得到良好的效果,并且对以后多回直流建设具有推广应用参考和工程经验借鉴的价值。     

楚雄换流站金属回线转换断路器并联谐振回路失效分析

±800 kV云广特高压直流工程楚雄换流站安装了金属回线转换断路器(metallic return transfer breaker,MRTB),采用双机构四断口并联谐振回路形式。依据一起换流站单极大地转金属回线不成功案例,分析了转换过程中保护动作及现场观测结果,得出转换过程不成功原因为MRTB并联谐振回路失效。对回路相关设备试验、检查后确认了回路失效原因为并联消能避雷器中的一支内部绝缘击穿。通过对故障避雷器的解体检查及测试找到了避雷器故障原因,对并联避雷器的安全转换次数进行了讨论,对避雷器日常运行维护提出相应要求与建议。     

基于电流分析的高压直流输电MRTB并联振荡装置故障诊断方法

针对特高压直流输电系统接线方式从单极大地回线转为金属回线时,MRTB并联震荡装置是否出现故障,提出了一种基于电流分析的MRTB并联震荡装置的在线故障诊断方法。该方法首先通过在MRTB过零震荡装置进线侧和出线侧划定计算电流的闭合面,并在闭合面上运用基尔霍夫电流定律(KCL),设计出一种计算MRTB并联震荡装置回路电流的方法,然后根据计算所得的MRTB并联震荡装置两侧电流特征,对并联谐振装置是否故障与故障类型进行诊断。最后,在±800 kV楚穗特高压直流极Ⅱ大地回线转为金属回线的2个实例中进行验证,验证结果证明文中所提方法的正确性和有效性。     

楚雄换流站金属回线转换断路器并联谐振回路效分析

±800kV云广特高压直流工程楚雄换流站安装了金属回线转换断路器（metallic return transfer breaker,MRTB）,采用双机构四断口并联谐振回路形式。依据一起换流站单极大地转金属回线不成功案例,分析了转换过程中保护动作及现场观测结果,得出转换过程不成功原因为MRTB并联谐振回路失效。对回路相关设备试验、检查后确认了回路失效原因为并联消能避雷器中的一支内部绝缘击穿。通过对故障避雷器的解体检查及测试找到了避雷器故障原因,对并联避雷器的安全转换次数进行了讨论,对避雷器日常运行维护提出相应要求与建议。     

具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器

直流断路器是直流输电系统安全稳定运行的核心装备。提出了一种具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器(current limiting hybrid high voltage DC circuit breaker with reclosing function,RFL-HDCCB)。RFL-HDCCB拓扑利用限流支路的对称性,既实现了双向故障电流分断功能,又能够完成重合闸功能。无论是瞬时性故障还是永久性故障,都能够实现重合闸功能,恢复系统正常供电。分阶段对RFL-HDCCB的工作原理进行研究分析,然后对RFL-HDCCB进行了参数设计,最后利用PSCAD软件搭建起了系统仿真模型进行验证。验证结果表明,所提出的高压直流断路器与传统断路器相比,不仅能有效降低故障电流的上升率,减少对避雷器的耗能要求,而且降低了机楲开关的分断压力,限流能力明显,体现了所提方案的合理性。     

具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器

直流断路器是直流输电系统安全稳定运行的核心装备。提出了一种具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器(current limiting hybrid high voltage DC circuit breaker with reclosing function,RFL-HDCCB)。RFL-HDCCB拓扑利用限流支路的对称性,既实现了双向故障电流分断功能,又能够完成重合闸功能。无论是瞬时性故障还是永久性故障,都能够实现重合闸功能,恢复系统正常供电。分阶段对RFL-HDCCB的工作原理进行研究分析,然后对RFL-HDCCB进行了参数设计,最后利用PSCAD软件搭建起了系统仿真模型进行验证。验证结果表明,所提出的高压直流断路器与传统断路器相比,不仅能有效降低故障电流的上升率,减少对避雷器的耗能要求,而且降低了机楲开关的分断压力,限流能力明显,体现了所提方案的合理性。     

混合式高压直流断路器暂态分断特性及其参数影响分析

混合式高压直流断路器(DC Circuit Breaker, DCCB)的本质是分断故障电流。分断暂态过程中的电气参数是决定断路器分断性能的核心所在。在分析DCCB拓扑结构的基础上,将断路器分断暂态过程划分为三个阶段。通过建立带DCCB的直流电网故障等效电路和断路器分断各暂态阶段的系统级等效电路,来分析分断过程中断路器自身的暂态特性。将断路器自身参数与直流系统参数联合起来,分别对断路器的两次换流过程进行详细分析。建立了断路器分断电流、暂态电压和开断时间的数学模型,推导断路器分断全过程中的分断电流以及最大暂态电压的计算表达式,并分析了断路器参数对分断性能的影响情况。利用PSCAD/EMTDC软件,搭建系统级混合式DCCB仿真模型,验证了所建立的断路器暂态模型的正确性及参数选取对断路器开断性能的影响。     

直流断路器分断试验等效评价标准及其考核方案

直流断路器作为新型电力装备,目前国际上尚无相关的试验标准,其等效分断试验方法有待深入研究.相较于交流系统故障电流存在自然过零点,直流断路器实现直流故障电流分断的关键在于通过自身不同支路间的换流过程,建立起大于直流系统电压的暂态开断电压来抑制故障电流.然而,现有分断试验对于暂态开断电压建立阶段关键部件电压相关应力考核尚属...     

新型具有限流功能多端口高压直流断路器拓扑

直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)是提高直流电网安全稳定运行的关键设备。针对现有的DCCB投入的数量多导致成本过高、短路故障时电流过大、避雷器吸收能量过多等问题,提出了一种新型具有限流功能的多端口高压直流断路器拓扑(multi-port DC circuit breaker,MP-DCCB)。通过改进DCCB拓扑结构研究其性能,对新型拓扑的工作原理、故障分断过程进行理论分析,并给出相关参数及选取依据,最后用PSCAD软件搭建相应的仿真模型,并进行验证。与常规DCCB方案相比,故障电流减少了48.6%;避雷器上吸收能量、关断电流和关断时间分别减少了54.8%、52.4%和0.8 ms。该新型MP-DCCB具有良好的可靠性与经济性,仿真结果验证了所提新型具有限流功能的多端口高压直流断路器拓扑可适用于当前直流电网。     

含直流断路器的柔直配电网过电压与绝缘配合

随着分布式能源的不断应用与普及,直流配电必将成为未来配用电系统的主流形式。作为一种新型的配电系统,柔直配电的过电压与绝缘配合亟须进一步研究和完善,中压直流断路器的加入也导致了系统的操作过电压暂态特性发生了根本变化,须对含直流断路器的柔直配电网操作过电压分布特性及绝缘配合展开分析。首先,构建了±10 kV环网型柔直配电网的电磁暂态仿真模型,设计了基于含直流断路器的保护动作方案;其次,基于保护动作方案,对±10 kV环网型柔性直流配电系统进行操作过电压的仿真分析,得到其幅值的水平空间分布特性和关键位置最大过电压的决定性工况,并提出±10 kV环网型柔性直流配电系统的绝缘配合方案;最后,对直流断路器动作影响下直流电缆护套的暂态感应过电压展开仿真分析。研究表明,直流断路器的加入提高了直流配电网的可靠性和灵活性,避雷器和电缆金属护层保护器的布置方案也得到进一步的优化,对环网型柔直配电网的绝缘配合方案设计有较大意义。     

宁东直流大地回线转金属回线转换失败原因分析与改进建议

在我国高压直流输电投入实际运行以来,在大地回线转金属回线过程中,多次发生由于金属回线转换开关(MRTB)并联的吸能避雷器损坏而导致转换失败的事件,迫切需要精确反应开关动作机理的研究手段。通过对宁东直流输电系统现场大地回线转金属回线转换成功的与失败的录波波形对比分析,得出转换失败前后的系统电气特征。采用宁东直流实际的主回路设备参数和控制保护功能,建立起以直流电磁暂态程序(EMTDC)为基础的详细模型,再现了开关转换和故障过程的暂态现象。不仅验证避雷器由于四柱并联,长期运行操作使每个柱特性变化不一致,较小阻抗单柱承受较大的能量而损坏,而且,通过对转换失败之后逆变站金属回线接地保护动作闭锁直流系统事件进行分析,得出由于逆变站金属回线接地保护软件策略缺陷,导致保护动作闭锁直流系统。根据分析结果,对宁东直流大地转金属回线过程提出改进建议,同时对后续直流工程的MRTB并联避雷器的成套设计提出建议。     

高压直流工程直流转换开关分析与仿

从理论上分析了直流转换开关的开断电流特点。考虑直流开断电流和输电线路参数,分别建立金属回路转换开关（metallic return transfer breaker,MRTB）、大地回路转换开关（ground return transfer switch,GRTS）和中性母线开关（neutral bus switch,NBS）等直流转换开关在各运行工况下的仿真模型,对以上3类开关直流电流转换过程进行计算分析。结果显示,各开关开断2次电流时,避雷器吸收能量分别为10.9 MJ、4.4 MJ和4.2 MJ。可据此来合理配置避雷器参数和数量,保证系统安全可靠运行。