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。     

一种双断口真空有载分接开关的研制及应用

当前主流大容量真空有载分接开关普遍仅采用单一电阻过渡且存在开断级间短路电流的风险。为提高真空分接开关的运行可靠性,作者研制了一种采用双过渡电阻的双断口真空有载分接开关,避免了主真空管和过渡真空管负荷不一致的问题,且在理论上避免了分接开关发生级间短路事故,并完成了双断口真空分接开关的研制、型式试验及挂网试运行。     

±800kV换流变压器用真空式有载分接开关关键技术研究

有载分接开关是高压直流输电系统中换流变压器重要的部件,维持系统运行中阀侧直流电压恒定不变,补偿电压波动;实现直流输电系统降压运行。在直流系统换相过程中会有较大的短路电流变化率(di/dt),增加了分接开关的切换负荷。分接开关的调压范围大、操作频繁,极性选择器动作产生特征气体。针对换流变压器用有载分接开关运行时的要求及现象,研制了±800k V直流换流变压器用真空式有载分接开关样机,由切换开关、带有极性选择器的分接选择器和电动机构组成。提出了切换开关双真空触头双电阻过渡原理,即串联双断口真空切换,主通断触头和过渡触头功能轮换,切换程序对称,过渡电路中4个真空触头切换任务一致。研制了更高绝缘等级的E级分接选择器。设计了真空化极性选择器,更有效地抑制极性选择器动作时产气。该分接开关具有灭弧能力强、过渡触头断口间的恢复电压低、切换开关油室温升低、整台分接开关电气寿命高等优点。该分接开关样机已顺利通过了型式试验的考核。     

直流真空断路器模块的机械联动特性仿真与实验研究

基于电磁斥力永磁机构的直流真空断路器具有操作简单、分闸速度快等优点,在高压直流短路开断中起关键作用。通过有限元分析软件对这种直流真空断路器模块的机械联动动力学特性进行了仿真分析。根据仿真结果,调整了基于电磁斥力永磁机构的直流真空断路器模块样机,并对直流真空断路器模块的机械联动配合进行了测量。该模块进行了直流短路开断实验,成功开断了8.5kA的故障电流,电流下降率为50~240A/μs,验证了该直流真空断路器模块的机械联动可行性。     

配电网中压混合直流断路器的研究

随着VSC以及VSC-HVDC的快速发展,直流断路器作为其关键设备与关键技术,受到了国内外的高度重视。首先介绍了现有的各类直流断路器的工作原理,分析其优缺点,针对现有直流断路器缺点,提出了一种可改善其缺点的断路器,该方案采用IGCT作为固态开关与机械开关并联的混合开关结构,以及增加限流电路,可有效抑制直流短路电流在短路初期的上升率,开断短路电流时间短,具有较好的可控性,开断短路电流时机械开关动静触头产生的电弧小甚至没有电弧产生,正常导通状态损耗小。通过仿真验证了断路器能够快速分断直流故障电流。     

基于人工过零技术的直流真空分断过程分析及验证

针对人工过零直流真空分断过程,分析研究了影响真空分断特性的主要因素,并通过试验样机对直流真空分断过程进行了验证。研究结果表明,通过提高直流短路故障识别及快速真空开关分断速度降低弧后触头间隙的初始金属蒸汽浓度,在快速真空开关支路串联饱和电抗器减小电流过零后的电流变化率,为快速真空开关并联阻容缓冲电路减缓弧后暂态恢复电压的上升过程,设计快速真空开关动触头的最佳位移曲线并确定最佳燃弧区间避免换流分断过程中产生阳极斑点,从而改善大电流真空电弧后介质恢复特性,提升分断性能。研究成果为开发工程实用的直流真空断路器奠定了实践基础。     

混合式直流断路器用真空机械开关及驱动电路的研发

混合式直流断路器综合了真空机械开关通态损耗低和电力电子组件响应速度快的优点,在中远距离直流高压输配电系统和中压直流微电网中得到广泛的应用.真空机械开关作为混合式直流断路器的关键部件,其分断速度直接决定了混合式直流断路器的开断性能.在前期研究的基础上,进行了电磁斥力机构及其脉冲电容驱动电路的方案设计,并利用有限元仿真分析平台,通过改变斥力线圈匝数、电容电压等关键参数对电磁斥力机构进行仿真计算,分析变化量对分闸过程的影响,并依据仿真结果研制了２kA 真空机械开关样机。     

基于电弧电压的混合型直流断路器

混合型直流断路器同时具有传统机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速关断的动态特性,多端直流输电网络很大程度上依赖于直流断路器技术的发展。文中提出了一种基于电弧电压的混合型直流断路器,推导了电流换流物理过程的数学关系。通过有限元分析软件,进行了关键部件——电磁斥力机构高速开关的仿真计算。在以上基础上进行了1kA/15kV直流断路器样机的设计研制,试验结果表明,该样机的电弧最大换流能力为3kA,电流从高速开关向固态开关转移的过程呈指数关系,与理论推导相符。该样机能够在5ms内分断10kA短路电流,分断时间主要取决于高速开关开断速度以及电弧电压大小。     

快速真空断路器分闸速度对短路电流开断燃弧时间窗口的影响

快速真空断路器由于其具有分闸时间短、分散性低等优势,便于电力系统短路故障选相快速开断的实现。然而,现阶段关于快速真空断路器短路电流可靠开断燃弧时间区间的研究仍属空白。文中目标旨在研究快速真空断路器分闸速度对其可靠开断的燃弧时间区间的影响。实验采用直径为58 mm、材料为CuCr50的平板触头。快速真空断路器分闸速度分别设置为2.5、3.5、4.5 m/s。实验依据国家标准GB/T 1984—2014关于40.5 kV T100s(b)试验方式进行。结果显示,随着快速真空断路器分闸速度的提升,其可靠开断的最短燃弧时间和最长燃弧时间呈降低趋势。研究结果可为快速真空断路器短路电流可靠选相开断策略的制定提供理论依据和技术支撑。     

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。     

基于自适应神经元的短路电流参数提取

真空断路器实现选相分闸的关键是快速提取短路电流参数。传统快速傅立叶(FFT)和最小二乘参数估计方法由于响应速度慢、计算量大难以满足选相分闸的实时要求；该文基于自适应神经元，给出了一种真空断路器同步开断短路电流时快速提取短路电流参数，预测电弧熄灭时电流零点的方法。介绍了自适应神经元估计短路电流参数的基本原理，采用正交滤波器消除衰减直流分量和误差自相关估计自适应改变学习步长，加快神经元的学习收敛速度和减少稳态误差。MATLAB仿真验证了所提方法的快速性和有效性。     

直流混合型限流开关分析与设计

为研究一种适用于船舶直流电力系统短路保护的限流装置,提出基于斥力开关及快速熔断器的直流混合型限流开关方案.斥力开关在短路发生后迅速分断,电流转移到与开关并联的快速熔断器支路,由快速熔断器完成短路电流的分断和能量的吸收.研制了额定640 V/600 A的原理样机,进行了预期电流峰值为100 kA,时间常数为7 ms的限流...     

城市轨道交通大容量直流快速断路器的研发

为实现城市轨道交通直流快速断路器的国产化,研制了1 800 V/80 k A大容量直流快速断路器。重点介绍了直流大容量短路开断相关系统的设计,通过电磁场和动力学耦合仿真,获得了直接过流脱扣器的动态特性,通过建立空气直流电弧的磁流体动力学(MHD)模型,分析了电弧在开断过程中的运动以及弧根转移过程。基于仿真结果研制的样机按照IEC标准顺利通过了全部型式试验。仿真和试验结果表明:脱扣时间和电弧转移过程对开断性能具有重要的影响,该断路器开断短路电流时电弧转移迅速,电弧电压上升较快且不存在停滞现象,脱扣时间小于5 ms,燃弧时间在12 ms以内,具有开断100 k A短路电流的能力,从而验证了仿真对实际产品设计的指导意义。     

大容量爆炸活塞式高速开断器分析与优化设计

基于爆炸式高速开断器和灭弧熔断器的故障限流装置是目前应用最广泛的大容量短路保护设备.为得到爆炸式高速开断器的设计依据和优化原则,通过建立高速开断器的热电耦合模型和非线性动力学模型,分析了结构尺寸对其温升和分断特性的影响,得出了关键参数的优化选取原则.通过仿真得出了装药量的合适选取范围.为验证研究结论,设计了额定10 kV/2000 A的装置样机并进行了温升与分断试验.样机额定通流下的端子温升仅为37 K,功耗72.4 W;分断时间160 μs,分断速度达到了69.7 m/s.试验结果与仿真一致,相关研究结论可用于更大容量高速开断器的设计.     

小开距下直流真空断路器介质恢复试验及分析

介绍了一种能在小开距下分断高上升率短路电流的方法,并就其真空介质恢复特性展开试验研究。设计了等效真空介质恢复试验方案,从燃弧能量与零电压恢复时间两方面对真空介质恢复过程进行分析,得到直流真空断路器短路分断控制方法的设计依据。研制了额定1 000V/800A直流真空断路器试验样机,可在小于1ms内成功分断上升率约为20A/μs的短路电流,并将电流峰值限制在8kA以内。试验结果证明了所提出的小开距下分断高上升率短路电流的方法有效、可行。     

短路电流直流分量对断路器电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流的影响研究

随着电网容量的不断增大,电力系统短路电流直流分量的时间常数有很大可能大于其标准时间常数45 ms。目前非对称短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律尚无研究。因此,文中研究目标是获得短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律。基于高压断路器内部结构建立电弧物理焓流仿真模型,分别研究气体断路器开断对称电流和非对称电流时,燃弧阶段的关键电弧参数如电弧长度、压气室压力、喷口处气体质量流等参数的变化规律。研究结果显示:相同燃弧时间条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时,电弧长度变化不大,而燃弧过程中压气室压力、气体质量流略有增加。而在相同分闸时刻条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时的燃弧时间有可能更长,导致电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流数倍增长。然而,无论是在相同燃弧时间条件下,还是在相同分闸时刻条件下,上述关键电弧参数的变化使气体断路器的KEMA黑盒电弧模型计算得到的断路器开断能力的变化明显小于短路电流直流分量的增长所要求断路器需达到的开断能力量级。研究结果解释了断路器开断高直流分量的短路电流时,开断易于失败的原因,并可为提升高压断路器非对称短路电流开断能力提供理论依据。     

500 kV快速开关型故障限流器的罐式快速开关

快速开关型故障限流器是有效限制短路电流的方案之一。该研究提出一种适用于500 kV故障限流器的多断口串联罐式快速开关，该开关采用气体绝缘金属封闭式结构，断口采用真空绝缘形式。操作机构采用电磁斥力机构，开展三维有限元仿真优化有效提升斥力机构的出力效率，平均分闸速度>5m/s。对地绝缘方面，开展了断口绝缘屏蔽结构的电场仿真优化机绝缘试验，结构优化后场强最大为18k V/mm。端间绝缘方面，开展了整机的杂散电容仿真、均压效果仿真与试验验证，通过配置均压电容不均压系数限制在1.24以下。最后搭建整机样机，进行了短路开断试验，试验结果表明：罐式快速开关具备快速开断50 kA电流的能力，全开断时间小于15 ms。     

±800kV换流变压器用真空有载分接开关的谐波电流切换试验技术分析

换流变压器有载分接开关是实现换流变压器调压的核心部件,也是尚未实现国产化的关键组部件,对保证电力系统电压稳定性起到重要的作用。随着柔性直流输电技术的发展,有载分接开关切换含有谐波分量的负载电流工况日益凸显,经常在多次谐波叠加的复杂工况下进行开合操作,因此切换的负载电流零点会有较大的电流变化率,其显著增加了分接开关的切换负荷,尤其对真空有载分接开关中的真空灭弧室转换电流能力提出了极大挑战。因此,文中将结合±800 kV换流变压器的运行实际工况,并根据国内典型设计的真空有载分接开关的拓扑结构,对谐波电流切换相关的试验要求和试验参数选择进行分析,并通过仿真建模的方法对换流变压器有载分接开关谐波电流切换试验的试验条件开展技术分析。因此,文中内容将对直流输电工程中换流变压器用真空有载分接开关的设计、选型、运维等有着重要的参考意义。     

多断口快速开关型高压故障限流器

随着电网容量不断发展,局部地区电网短路电流过高,严重威胁系统稳定、安全运行。文中提出了一种多断口串联的高压快速开关型故障限流器,通过隔离变压器将操作机构与断口等电位,采用“一拖二”式电磁斥力机构,取消了绝缘拉杆,既实现了快速分合闸,也解决了故障限流器采用电容式电压互感器供能时系统不带电情况下无法分合闸的问题。另外,通过三维有限元仿真,优化设计了双线圈串联型斥力机构参数,提取了多断口对地杂散电容,并通过增加断口均压电容保证多断口均压一致性。最后,搭建了LC振荡试验回路,对所研制的220 kV多断口串联快速开关型故障限流器进行了原理验证,获得了多断口快速开关在向限流电抗转移短路电流动态过程中的均压特性。此外,对该样机快速开关进行了不同燃弧时间的开断合成试验,试验测试结果表明,快速开关能够在一个周期内开断高直流分量的短路电流。     

三工位真空负荷开关

<正>西安高压电器研究所与16个单位联合研制的FN□—10D/630型高压真空负荷开关,适用于交流50Hz、10kV的网路中,作为开断负荷电流及关合短路电流之用。带熔断器的负荷开关可开断短路电流是保护变压器的理想用电设备。它特别适用于环网供电单元和箱式变电站,能频繁操作。 三工位真空负荷开关是具有负荷、隔离、接地三功能的负荷开关,该开关具有明显的可见断口,使用安全。 该负荷开关由真空灭弧室承担电路的关合和分断,真空灭弧室与隔离刀是联动,即真空灭弧室开断电路以后隔离刀立即分闸。因而,在分闸时真空灭弧室只承受瞬态恢复电压,分闸后由隔离断口承担工频和冲击电压。 将处于分闸状态的负荷开关的手柄反时针转动时就驱动隔离刀向关合方向运动,同时,也给合闸弹簧储能。当隔离刀关合到位,合闸弹簧储能过中真空灭弧室在过中簧的带动下快速关合。从而实现负荷开关的关合过程。