开断容性负载对断路器的特殊要求

用断路器开断容性负载时 ,断路器断口间要承受极高的恢复电压 ,如某 5 0 0 k V换流站对交流滤波电容器组开断时的模拟计算结果表明 ,恢复电压的幅值 ,均超出断路器型式试验标准规定的恢复电压值。有些开断工况的断口恢复电压值 ,约为 1 0 %额定短路开断电流试验规定恢复电压值的 1 .3倍 ,可见按常规标准通过试验的断路器 ,有可能承受不住这种工况的操作在断路器断口间发生的恢复电压 ,从而导致开断失败。为说明这个特殊情况 ,我们先叙述正常负载开断时断路器断口间恢复电压的发展过程 ,再与容性负载的开断进行比较。1　断路器开断过程中断…     

基于零电压零电流的混合式直流断路器

基于IGBT的直流断路器存在导通损耗高、开断过程耗能量大的缺点,传统基于人工过零技术的直流真空断路器难以实现短路大电流的可靠开断。提出了一种综合了“零电压”、“零电流”混合开断原理,同时结合机械开关和半导体开关优点的新型混合式直流断路器方案。该直流断路器能够快速可靠地完成“零电压”电流转移过程,并通过晶闸管短时导通短路电流,确保机械开关弧后介质的可靠恢复,实现断路器的成功开断。样机等效短路电流开断试验结果表明,该新型混合式直流断路器能够用于电力系统配网完成预期10 kV/50 kA短路电流的开断。     

高电压真空断路器的技术进展

高电压真空断路器涉及高电压真空绝缘．大电流真空开断．额定电流与温升．机械特性．真空灭弧室外壳绝缘以及容性电流开断．小感性电流开断等诸多技术领域。具有高度的技术挑战性。     

HVDC换流站投切交流滤波器用断路器特殊性能要求

高压直流换流站内交流滤波器组容量大,投切频繁,因此对投切它的断路器的要求有别于常规交流断路器。文中以国内多个已建高压直流工程成套设计为基础,总结换流站投切交流滤波器的各种工况,并利用EMTDC建立模型进行仿真计算,对交流滤波器用断路器的恢复电压、合闸涌流以及开断容性电流等特殊要求进行研究,认为对于高压直流换流站投切交流滤波器用断路器,应增加型式试验和容性电流开断试验,小组断路器应配置选相合闸装置或加装合闸电阻。     

基于SF_6分解产物的1100 kV滤波器用柱式断路器工况评估方法

1 100 k V滤波器用柱式断路器作为电力制造行业推出的新型高电压设备,是特高压电网中重要的控制和保护设备,其开合过程中产生的电弧会对灭弧室中的触头及喷口造成烧蚀,随着开合次数增加烧蚀程度会不断加重,造成断路器开断能力下降,因此需要找到有效的方法,来评估频繁开合操作对灭弧室运行状态造成的影响。文中通过对某型1 100 k V滤波器用柱式断路器开展C2级试验,对试验后设备内部SF_6分解产物进行检测、化学机理分析及设备解体检查,提出了通过检测CF_4体积分数来评估1 100 k V滤波器用柱式断路器开合容性电流操作对灭弧室工况造成影响的方法,该方法可为其他SF_6断路器的维护检修提供参考。     

基于APDL与GUI动态电场计算方法研究

开断容性电流是高压断路器一项重要而且严格考核的试验项目。由于容性开断电流非常小,灭弧室内气流状态对开断过程影响较小,开断过程可近似为空载开断。此时断路器性能主要决定于灭弧室的动态电场分布,因此计算断路器在开断容性小电流时的动态电场分布有很大的工程意义。文中结合断路器灭弧室结构特点,提出了基于APDL参数化编程为主、GUI为辅进行断路器开断容性小电流过程中动态电场的计算方法。通过研究动态电场计算数学模型、动态数据模型及电场最大值的动态提取及曲线绘制等关键技术,实现断路器灭弧室的动态电场计算和绘制关键零件电场最大值的变化曲线。通过一种典型瓷柱式断路器的灭弧室动态电场计算,获得关键零件电场最大值并绘制变化曲线,以此判断动态电场分布是否满足设计要求。该方法效率高、通用性强,对开断容性小电流的断路器设计和研发具有指导意义。     

气流流路对高压SF_6断路器介质强度混沌影响

高压SF6断路器的开断性能主要取决于灭弧室内的介质恢复能力。开断过程中,气流在可变流路中呈跨音速流动,将不可避免地产生湍流与激波,气流参数变化存在混沌特征,且灭弧室内部各气流参数在毫秒级时间与毫米级空间内气流运动行为复杂多变。采用有限体积法对550k V单断口高压SF6断路器开断容性小电流情况下的气流场进行数值求解,通过改变喷口长度及型面可调控气流流路,改变气流参数时空行为;采用有限元法得到灭弧室内电场分析;基于流注理论得到不同喷口结构下灭弧室内的介质恢复特性。由于断路器开断过程中介质强度恢复存在混沌,影响断路器的开断性能,通过改变喷口气流流路可以有效调控断路器内气流参数的混沌特性,以增强介质恢复能力,提高开断性能。     

系统故障参数对真空断路器开断性能影响的建模与仿真研究

建立了基于扩散型真空电弧开断的真空断路器黑盒模型。以电流过零点为界,针对燃弧阶段建立了电弧电压模型,并根据试验数据确定了相关系数;针对弧后介质恢复阶段建立了基于朗缪尔探针理论的弧后电流模型,不同瞬态恢复电压（TRV）上升率对应的仿真结果与试验结果一致。基于所建立的模型,采用不同的方法评估了短路电流直流分量造成的真空断路器等效开断能力下降倍数,结果表明：燃弧能量法进行评估时最苛刻,转移电荷法次之,电流有效值法最轻。采用弧后电导表征真空断路器的弧后介质恢复程度,结果表明：TRV上升率主要影响弧后1.5 μs以后的介质恢复速率,而过零前短路电流下降率仅影响初始弧后介质恢复速率。最后给出了部分系统故障参数对真空断路器开断性能的影响规律。     

基于低能量直流的真空断路器短路开断能力评估

针对目前真空断路器无法在现场进行短路开断能力评估的问题,提出一种利用低能量直流对真空断路器短路开断能力的评估方法。首先分析真空断路器的基本结构和电弧开断原理,得出工程实践中真空断路器开断故障电流失败的原因;其次使用小容量直流高电压、直流大电流模拟真实情况,在断路器触头间注入可控的直流电流和直流电压,通过检测断路器分闸过程电气量变化时间来评估断路器的极限开断能力。对安徽某变电站VS1-12真空断路器进行现场测试,结果表明低能量直流法能有效评估真空断路器短路开断能力,适合现场对断路器短路开断能力的筛查评估。     

真空开关容性电流开断技术

文中针对目前真空开关在电容器无功补偿领域应用情况,介绍了真空开关电容器投切过程机理及两种检测真空开关容性电流开断能力的合成试验回路设计方案,并分析了目前几种常见真空开关容性电流开断技术特点。此外,介绍了文中开发的纳秒连续脉冲老炼技术。根据实验结果,纳秒连续脉冲老炼技术能有效降低容性电流开断后重击穿概率和重击穿概率分散性,因此该技术对提高真空开关容性电流开断能力具有显著效果。文中期望对促进真空开关的容性电流开断技术的不断进步有所帮助,从而使得真空开关能在容性无功补偿领域向着更高的电压等级迈进。     

容性电流开合试验中非保持破坏性放电与重击穿现象的评估

非保持破坏性放电(NSDD)是真空断路器在开断故障电流后发生的电压跌落,不会导致工频电流恢复。与NSDD不同,重击穿时触头间非剩余电流的重现会导致断路器开断失败。在某些型式试验中,NSDD与重击穿现象并不容易区分,相关标准也未给出明确判据,为了能让实验室给出正确的试验结论,文中分别对单相电容器组关合回路与中性点非有效接地系统三相容性电流开合试验替代回路的电击穿过程进行计算,并分析了真空断路器的开断过程,最终分别给出了中性点有效接地系统与中性点非有效接地系统三相容性电流开合试验回路中,评估NSDD和重击穿的方法以及典型示例。通过对国内外标准中有关NSDD观点的演变进行深入分析,更加准确地解读了导则中对NSDD的解释,是对相关标准及导则的完善补充。     

串联真空灭弧室工频预击穿电流的自均压作用

为给多断口真空断路器的开发提供理论和试验依据,进行了小开距下单断口和三断口真空灭弧室的工频电压击穿试验。工频电压击穿试验结果表明,三断口真空灭弧室的各断口电压分布在总电压的上升过程中得到了一定的改善,设计了双断口真空灭弧室的工频电压分布试验验证了该结论。真空灭弧室在工频电压作用下会同时流过容性电流和预击穿电流,故引入了预击穿电流对上述试验现象进行分析,提出了串联真空灭弧室的工频预击穿电流具有自均压作用。仿真得到的场致发射电流和试验得到的预击穿电流波形基本一致,表明真空短间隙的击穿主要是由场致发射引起的。而真正决定断路器开断成败的是暂态恢复电压,指出了多断口真空断路器不能仅依靠这种自均压作用,还需配置合理的均压措施。     

160 kV超快速机械式高压直流断路器的研制

针对±160 kV南澳多端柔性直流工程对高压直流断路器的实际需求,提出了一种新型的机械式高压直流断路器拓扑,以及160 kV机械式高压直流断路器的技术方案,对其中的关键技术如快速操动机构、多断口串联均压等进行了仿真研究。研制出了160 kV超快速机械式高压直流断路器,提出了采用发电机源提供交流电流来模拟直流故障电流的开断试验电路,并进行了正、反向大电流开断试验。试验结果表明,机械式高压直流断路器成功开断了9.2 k A正向电流,暂态恢复电压峰值达到272 kV,开断时间3.9 ms;成功开断了9.2 kA反向电流,暂态恢复电压峰值达到262 kV,开断时间为4.6 ms。     

混合式直流断路器合成开断试验方法及等效研究

国际上已开发出多种混合式高压直流断路器,并完成工程应用,其在多端和直流电网应用前景广阔。短路电流开断能力是直流断路器的核心性能,而直流开断过程同时存在大电流、高电压和强能量,造成在试验室中等效复现开断应力极为困难。国际上至今尚未形成统一的等效开断试验标准,试验容量与等效性关系也缺少理论研究和定量分析。该文基于混合式直流断路器开断原理,提取开断过程分阶段等效应力,揭示试验容量与等效性数学关系,奠定试验电路参数设计及等效分析的理论基础。进一步提出双频电流源合成开断试验方法,完成关键等效应力数学解析与试验电路参数最优设计,开展试验应力仿真验证及等效性对比分析。研究表明,双频电流源合成等效试验方法可实现混合式直流断路器开断电应力全等效,技术经济性良好,对开断试验装置开发及标准制定具有指导意义。     

近区故障瞬态恢复电压计算与分析

瞬态恢复电压（TRV）是校核断路器开断能力的重要指标,近区故障因其TRV起始部分的上升速率高,电弧难以熄灭。针对Mayr电弧只适用于描述电流过零后高电阻电弧状态,而Cassie模型只适用于描述电流过零前低电阻电弧状态,采用Cassie和Mayr电弧模型串联的形式,对一个最高电压245kV,开断电流50 kA的断路器,利用ATP-EMTP计算了L₇₅和L₉₀近区试验故障的TRV。研究表明,同断路器端部故障比较,开断近区故障对断路器性能要求更高     

直流断路器吹弧磁场仿真及小电流开断试验研究

为解决直流断路器开断小电流困难的问题,采用了并联激磁的磁吹装置.设计了“T”形和矩形导磁板结构的磁吹装置,进行了触头系统区域的吹弧磁场仿真分析计算和关键位置的磁场对比研究.仿真分析及样机小电流开断试验结果表明,采用“T”形导磁板结构磁吹装置的断路器具有更好的小电流开断能力.     

以振荡回路为电流源的非对称开断合成试验方法研究

在合成试验标准中,对非对称开断(T100a)的额定操作顺序规定为三个"Os",但熄弧半波有大小之分,且开断时的瞬态及工频恢复电压是变化的,针对这些特征,作仔细分析后,笔者提出了一种新颖的模拟非对称电流开断合成试验方法,它的特别之处是以振荡回路为电流源,并在电压回路中加有串联补偿功能,以对开断后的工频恢复电压进行恰当的补偿,使试验与实际工况相接近,从而提高了试验的等价性,使得对断路器的非对称开断能力的考核更为合理。该试验方法特别适用于超高压且要求直流分量较大的断路器。     

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.     

特高压换流站交流滤波器断路器恢复电压特性研究

笔者使用PSCAD暂态仿真软件,首次针对某特高压直流输电工程中直流电压等级为±800 k V、交流电压等级为750 k V的特高压直流换流站进行了完整建模仿真,对交流滤波器断路器上的恢复电压进行了仿真研究。通过不同工况、不同故障时刻、不同开断时刻条件下的对比,得到了各种情况下最严重的恢复电压特性,并与现有断路器标准进行了比较。仿真结果表明,在交流侧发生三相短路接地(3LG)故障或其他多相短路故障后,断路器断口间电压已经超出国家标准中对开断容性电流能力的规定,最严重的暂态恢复电压也已经超出断路器行业标准中四参数法的规定。此外,在某些情况下开断初期还会产生较大的初始瞬态恢复电压上升率,因此应当采取一定手段加以抑制。     

高压直流真空断路器安全开距的试验研究

高压直流断路器是保护直流输电系统的重要组成部分,机械式高压直流真空断路器是目前几种可行方案之一。断路器的安全开距是断路器重要的开断参数,临界开距是直流真空断路器确定换流时刻的依据,直接决定其开断性能。该文建立了基于换流的直流真空断路器安全开距试验系统,主开关和换流开关均选用电磁斥力机构,直流试验电流源由低频LC振荡电路近似。应用PSCAD对该系统的开断过程进行仿真,以验证参数设计的可行性。试验中系统开断模拟直流电流为4 kA,采用位移传感器对动触头轨迹进行检测,得到动触头的分闸速度约为2.4m/s。对比仿真与试验波形,分析了与熄弧时间对应的开距对开断能力的影响,通过试验得到最快熄弧时间和临界开距,其值分别为为0.9 ms和2.2 mm。试验结果对高压直流真空断路器确定换流时刻具有参考价值。