配电网用全固态混合式直流断路器研发

直流配电网以其控制灵活、稳定性高、电能质量好等优点,成为了未来配电系统的发展趋势。直流断路器作为直流配电网的保护设备,对于直流配电网的稳定性、安全性有着重要意义。提出了一种在直流配电网中应用的全固态混合式直流断路器方案。该断路器由三条支路构成,其主通流支路由晶闸管串联IGBT构成,转移支路由压接式IGBT构成,能量吸收支路由避雷器构成。对该断路器方案进行了仿真验证,并开发了10kV/1kA试验样机以及相关试验平台。试验样机在10kV和7.5kV电压等级下分别成功开断2kA和5kA短路电流。样机在10kV电压额定通流下效率大于99.94%。     

考虑直流固态断路器通态压降的低压直流配电网最优潮流

在直流固态断路器的实际应用中发现,其通态压降将对低压直流配电网的系统潮流产生不可忽略的影响。因此,文中对考虑直流固态断路器通态压降的低压直流配电网最优潮流(OPF)问题进行研究,建立了只包含连续变量的直流固态断路器稳态模型,从而可以方便地使用现有方法对该问题进行求解。通过RT-Lab仿真实验和对不同电压等级直流配电网的潮流分析可知,对于低压直流配电网而言,直流固态断路器的通态压降不可忽略,否则将导致较大的电压、功率计算误差,严重时将影响系统运行安全。此外,基于RT-Lab仿真平台,分别在考虑和不考虑断路器通态压降的情况下,对低压直流配电网OPF指令的控制效果给予验证。仿真结果表明,在低压直流配电网OPF中,考虑直流固态断路器的通态压降是必要的,并且所得到的指令可较为可靠地控制系统状态使其维持在可行域范围内。     

固态断路器过电压分析

固态断路器是基于电力电子元件的新型无触点开关器件,具有体积小、使用寿命长、动作速度快等特点,能够在故障电流上升到危害电力设备前就能将故障线路切断。固态断路器的快速动作以及高截流的特性使得其在开断时,固态断路器的两端以及所在线路上的其它电力设备都将承受操作过电压。本文分析了固态断路器在10kV配电网环境中过电压的产生的原因及大小,对集中参数过电压等效模型进行理论推导,并应用仿真软件对分布式参数等效模型进行仿真,以验证集中参数等效模型在分析固态断路器过电压的有效性。     

三端口混合式直流断路器的工程应用

唐家湾三端柔性直流配电网工程成功应用了世界首套±10 kV三端口混合式直流断路器,可实现多端换流站的联络及故障快速隔离,从而保障系统安全可靠运行。文中针对唐家湾三端柔性直流配电网故障隔离需求,提出三端口混合式直流断路器的拓扑结构、工作原理和技术参数。进而进行三端口直流断路器工程样机研制,开展电流开断试验,试验结果表明,三端口混合式直流断路器工程样机可在2.7 ms内开断10 kA故障电流。最后,将三端口直流断路器工程样机安装在唐家湾三端柔性直流配电网工程,并进行三端系统在线投入、三端系统在线退出和三端系统电流开断试验共3个关键试验,试验结果表明,三端口直流断路器运行状况良好,功能和性能满足工程设计和运行要求。     

永磁式真空断路器的仿真建模与故障分析

真空断路器是中压配电网的关键设备,其运行可靠性对于配电网安全至关重要。由于断路器本身结构和电气特性比较复杂,如何通过少量的运行状态参数(如在线监测获得的分合闸行程曲线)准确评判其工作性能,是广受关注的问题。笔者针对许继集团永磁式真空断路器开展研究,采用ADAMS与ANSOFT软件相结合,找到了断路器中电特性、力特性和机械运动特性的相互关系,并进而在在线监测主轴角位移行程曲线和永磁线圈电流基础上,提出了评估断路器机械状态的方法及判据。     

限载断路器在重过载配电网的应用

正结合工程实例,对限载断路器在配电网重过载台区的应用情况及存在问题进行分析,明确了安装限载断路器作为技术手段能够有效防止超载用电并改善配电网重过载状况,从而保证供电变压器和线路按照规划容量运行及配电网正常供用电秩序。随着国民经济的不断发展,用电需求不断上升,客户对用电质量的要求也不断提高。因此为客户提供优质可靠供电成为供电企业的重要目标。     

多端口直流断路器可靠性评估模型及其应用

多端口直流断路器(MTCB)是未来实现多端换流站联络及故障快速隔离的核心设备,其可靠性直接影响多端直流配电网的可靠性水平.首先分析了MTCB拓扑结构及工作原理.然后以珠海"互联网+"示范工程中应用的三端口混合式直流断路器为例,基于工程可靠性原理并考虑器件冗余建立MTCB可靠性评估模型.然后分析了MTCB对多端直流配电网可靠性的影响.最后基于唐家湾三端直流配电网结构进行算例分析,计算了MTCB在不同设计模式、冗余分析下的可靠性情况,进行了MTCB对多端直流配电网可靠性的影响分析及灵敏度分析,验证了所提模型的正确性和有效性.     

高压真空断路器应用中存在的问题

真空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名,具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点,在配电网中应用较为普及。尤其是10kV真空断路器,基本上完全取代了其它介质熄弧的断路器而被广泛应用,为高压断路器选型的首选设备。但是任何一种新产品、新技术的开发应用都不是万无一失的,必然存在不足之处。     

直流配电网交错串联式固态断路器

鉴于有源直流配电网的故障特性,能够快速有效切除故障电流的固态直流断路器对提高直流配电网的供电可靠性意义重大。为此,提出一种交错串联式固态断路器,其拓扑将多个内层单元串联交错以提高整体耐压能力,每个内层单元由多个串联的常通型SiC JFET开关管组成,电路拓扑具有极强的可扩展性。通过双层均压网络实现串联开关的快速响应、动静态电压平衡。基于LTspice软件构建4.5 kV/20 A固态断路器仿真,仿真结果表明额定工况下该断路器关断时间仅为80 ns,验证了所提交错串联式固态断路器拓扑可行性。     

直流配电网断路器优化配置方法

直流断路器的优化配置对提高直流配电网可靠性、降低用户停电损失具有重要意义。基于最小割集法提出了直流负荷点区域划分方法,建立了计及电力电子设备功能故障的停电损失费用计算模型。以开关设备投资运行费用和停电损失费用之和最低为优化目标,配置断路器数目为阶段数,配置断路器位置组合为状态,针对直流断路器造价随技术发展下降空间较大的特点,提出了一种考虑价格变化的直流断路器配置动态规划算法。以手拉手型直流配电网为例进行了计算分析,结果表明该方法能够对直流断路器价格进行区间划分,并得到各区间所对应的最优配置方案。     

高压断路器的防跳回路

高压断路器的防跳同路作用是防止断路器合闸过程中发生“反复”跳、合的跳跃现象，确保断路器每次合闸操作时断路器只能进行一次合闸操作。介绍了一种通常采用的防跳回路，分析了它的工作原理。对几种常见故障进行了分析，提出了解决这些故障的具体方法。     

断路器防跳回路接线改进

随着变电站设计标准化的应用,断路器防跳功能由断路器本体机构实现,在变电站调试投运过程中发生运行操作和监视失效现象,给电网安全稳定运行带来事故隐患.文章介绍了在新建变电站中对保护装置内跳闸监视、合闸保持回路及一次机构箱内接线设计进行改进,避免了事故隐患,经实际运用收到良好成效,在增强设备运行稳定及保证电网安全方面发挥了积极作用.     

一起500kV断路器断口闪络故障分析

对一起500 kV断路器断口闪络故障进行了分析。在对故障过程、故障波形及解体情况进行分析的基础上,对引发故障的原因进行了进一步分析,并对避免断口闪络引发更严重设备故障的措施提出了建议。     

合分闸回路对真空断路器的影响

主要针对真空断路器合闸与分闸速度对真空断路器的损害性,归结出线圈两端工作电压偏低是影响真空断路器寿命与安全性能的主要原因,提出利用电容滤波、补偿以提高真空断路器线圈两端电压,实践证明,具有电容滤波、补偿的电路,真空断路器的分断能力、可靠性以及寿命上都有了很大提高。     

断路器控制回路改进

针对断路器正常运行时因合闸控制回路断线持续存在而无法得到有效监视,并导致断路器重合失败的事故进行原因分析,提出了控制回路加装延时辅助联动触点实现断路器全工况监视,并研究了相应的断路器控制回路监视方案,最后通过仿真分析验证了设计思路的可行性.     

断路器失灵保护的实现方案研究

双母接线的母线上连接的支路多,如果每个中断都将所有支路的断路器失灵保护逻辑运行一遍,则会占用大量的机时;线路支路、主变支路的断路器失灵保护的保护逻辑均有差异,而代路运行时某支路既可能为线路支路也可能为主变支路,这就要求程序具有极大的灵活性。以这两个方面为重点,提出了一种按一定频率来调度实现断路器失灵保护的方案,经静模、动模、工程实践证明完全可以满足要求。     

防跳回路和断路器的时间配合

同样的防跳回路接线,用在同类型的保护设备,如果断路器的分闸时间不同,会有回路接线正确和不正确的结果,所以在验收防跳回路时,要规范验收程序,细心观察,理解回路接线的时间配合,才不会走过场,造成事故隐患.     

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。     

智能化断路器的开发

对智能化断路器的开发所涉及的关键技术进行分析和探讨。介绍一些基本的单元电路和相关技术,如单片机、专用集成电路、集成传感电源技术和系统集成化等,重点讨论了用于智能化断路器的智能化全功能低压脱扣器的开发,包括主要技术要求,总体结构和功能电路设计等。