直流断路器电流开断试验技术与试验回路

随着直流电力技术的不断发展,直流断路器在高、低压直流电网中的重要性日益明显,直流断路器的试验技术与试验回路设计、实施也成为容量试验站研究的热点。文中分别讨论了中低压直流断路器、高压直流断路器的电流开断技术、开断要求,以及开断试验回路的设计、实施和试验技术。所设计的中低压直流断路器电流开断试验回路一期调试结果为额定电压2 kV、额定短路电流82.6 kA/峰值126.2 kA,完全满足1.8 kV/80 kA直流断路器的试验需求,此外根据设备参数理论上的试验容量可以满足额定参数4 kV/125 kA直流断路器的试验需求。进一步讨论了高压直流断路器电流开断的合成和直接试验回路,并给出了以直接试验回路进行试验时的典型试验结果。文中的研究内容为大容量试验站进行中低压和高压直流断路器电流开断试验回路设计和试验实施具有一定的参考价值。     

10 kV/10 kA超导限流式真空直流开断技术及其试验研究

电阻型超导限流器可以自动、快速限制短路电流,人工过零型真空直流断路器具有设备成本低、动作速度快的优点,将两者结合可满足柔性直流输配电的要求。该文的研究目标是提出一种超导限流式真空直流开断方案,并验证该方案的可行性。首先分析了所提出的直流开断原理,然后设计了10 kV/10 kA样机,最后利用10 kV LC电流源进行了直流开断试验,预期电流峰值为10 kA。试验结果表明:超导限流模块可将10 kA短路电流限制至1.4 kA,与之串联的人工过零型直流开断模块在12 ms内开断限流后的短路电流。超导限流模块不仅可以有效制约短路故障的发展,还能吸收系统内电感储存的能量,抑制开断过电压,在有利于切除直流短路故障的同时提高开断可靠性;限流后的短路电流幅值较小,需要开断的电流值也较小,有利于降低直流开关模块的参数和尺寸,使设备结构更加紧凑。     

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。     

失超保护系统直流真空断路器开断换流分析

磁约束聚变装置的失超保护系统利用直流断路器快速切断超导磁体回路的电流,实现磁体能量的转移与释放,以保障磁体安全。随着超导磁体运行电流等级的不断提升,直流断路器的设计面临着巨大挑战。本文针对10 kV/100 kA的大容量失超保护系统设计,提出使用直流真空断路器作为开断电流的主保护开关,并详细分析了其开断换流过程。首先介绍了失超保护系统的拓扑结构和工作原理;然后具体分析了真空断路器在开断及换流阶段的数学方程,并依据开断可靠性理论,分别对换流回路、泄能回路与缓冲回路进行了计算和参数设计;最后开展了100 kA直流电流开断实验。研究结果表明,失超保护系统中使用真空断路器开断100 kA磁体电流具有理论和工程可行性,并通过实验验证了所设计的真空断路器样机能够有效开断100 kA电流,换流过程符合预期判断。本文的研究工作为大功率失超保护系统中的直流断路器设计提供了技术支撑。     

真空灭弧室市场需求综述

一、国外市场需求真空灭弧室是真空开关的核心元件,而真空触头则是真空开关的心脏。自从五十年代中期第一台20kV/4kA真空断路器在美国问世以来,仅四十多年里,真空开关的发展极为迅速,迄今真空断路器商品可做到额定电压84kV,额定开断电流100kA。1～36kV真空断路器在日本、德国(原西德)早已形成     

基于电磁斥力机构的直流真空断路器模块

基于换流技术的机械式高压直流断路器是目前110 kV以上直流线路控制和保护断路器的解决方案之一,其研发对发展直流电力系统的意义重大。目前此类直流短路开断的技术瓶颈在于基础模块设计与各模块运动特性的调控。该文提出一种基于换流技术的60 kV机械式直流真空断路器模块,该断路器模块由主开关、换流开关及换流回路三部分组成。主开关和换流开关均采用双断口串联形式,分别由4套联动的电磁斥力机构独立控制。根据两种机构的不同参数,运用ANSOFT仿真软件对机构斥力驱动力进行仿真,并选取不同的驱动电路实测了各开关的运动特性,给出了各机构的储能电容参数,该直流真空断路器模块能够满足在4 ms内达到对60 kV/16 kA故障电流成功开断的条件,可作为110 kV以上高压直流断路器的基础模块。     

真空断路器的应用现状与开发前景

真空开关(真空断路器、真空接触器和真空负荷开关等)以高真空作为灭弧和绝缘介质,触头与灭弧系统简单,具有使用寿命长,检修间隔时间长,易于维护,适合频繁操作,体积小、质量轻等优点,已在中低压领域有了广泛的应用。真空断路器使用安全,防火防爆,司靠性高,随着制造技术以及理论研究水平的不断提高,已经朝着高电压、大容量的方向发展。为了研制更高电压等级的真空断路器,国内外众多研究机构和学者已经开始在多个方面做了广泛的探讨和研究,包括寻找新的触头材料、开发新的灭弧技术、采用新的绝缘措泰,以及使用新的制造工艺等等。国内外主要真空断路器产品国产真空断路器我国真空断路器早期以引进为主,目前我国生产的真空断路器的序号以“ZN”或者“ZW”开头,分别表示室内和室外。例如ZN12型即表示最高工作电压为12kV,额定开断电流为12.5-31．5A,额定开断电流为31.5-50kA的一系列真空断路器。而ZN12A与ZN12则表示安装方式的不同,ZN12A型为悬挂式配固定柜,而ZN12型作为断路器手推车配手车柜。早期国内真空断路器生产以广州南洋电器厂、西安高压开关厂等为主,生产的也都是国外型号的复制品。目前国内真空断路器得到了广泛应用,20世纪90年代以来全国各地真空开关厂家也如雨后春笋般蓬勃发展,当前多数真空灭弧室制造公司在立足于开发新产品的同时,正在进行老产品的整顿、质量提高和改进。额定电流得到了提高,已达到4000A,开断电流可达到63kA,并能利用真灭弧室的潜在能力,在真空电弧电流过零前约300-4001xs的范围内进行触头的高速瞬时分离,可以增高开断电流约一个数量等级。原为40kA开断能力的真空灭弧室,采用这一措施后,开断船力可提高到50kA左     

ABB高压断路器技术

ABB公司高压断路器技术有了长足的进步,主要表现在:1)研制出PM型145～242kV 80kA单断口压气罐式SF6断路器;2)将SF6发电机断路器的短路开断电流提高到200kA,研发出HEC7/8型额定电压30/25kV,额定电流24000A(自然冷却)和38000A(强迫风冷),额定短路开断电流160/200kA的SF6发电机断路器;3)突破中压断路器制造传统,将配永磁机构的真空断路器做大做强.     

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。     

合闸涌流对真空断路器重击穿特性的影响

真空开断技术已广泛应用于电力系统,但真空断路器在电容器组应用中仍存在问题,无法满足其投切要求,原因在于合闸涌流会破坏真空断路器绝缘性能。本文进行了在容性电流投切过程中合闸涌流影响真空灭弧室重击穿特性的试验研究。试验过程中分别对7.2kV和40.5kV等级真空断路器进行了电容器组投切试验。试验结果表明合闸涌流会直接影响触头表面状态,进而影响重击穿现象。当涌流幅值从0上升到5kA,7.2kV等级真空灭弧室重击穿概率会从5%上升到30%;当涌流幅值从4kA上升到5kA,40.5kV等级真空灭弧室重击穿概率会从3%上升到20%;此外,合闸涌流也会影响重击穿发生时间,随合闸涌流幅值上升,重击穿发生时间显著提前。     

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。     

ZW32A-24户外高压交流真空断路器的研制

目前国内正在进行20kV电网的建设改造,针对20kV电压等级供电设备短缺的情况,研制出额定电流1250A、额定短路开断电流25kA的三相分立敞开式结构的24kV户外高压交流真空断路器,避免了同类产品箱式结构出现的“内部凝露”问题。介绍了ZW32A-24型户外高压交流真空断路器的研发历程。分析和设计了产品整体结构、操动机构、绝缘性能以及微机保护控制装置。该断路器技术参数完全满足并在部分参数上超过了20kV户外柱上真空断路器的技术规范,具有广阔的发展前景。     

大容量发电机断路器用真空灭弧室

随着真空开关技术的发展,采用新型纵磁均布式触头技术的真空发电机断路器成功地通过了严酷的12kV/6300A/80kA型式试验。结果表明,其真空灭弧室结构先进、性能优异、完全符合GB/T14824-93发电机断路器通用技术条件的规定。本文着重探讨满足发电机回路严酷条件下大电流真空灭弧室的核心设计和型式试验。     

550kV/50kA单断口断路器的开发

通过对550kV/63kA双断口断路器和363kV/50kA单断口断路器技术加以改进,利用计算机解析技术,提高了额定SF6气体压力和分闸速度,对弧触头和喷口形状进行了改进,优化了灭弧室结构,从而开发出550kV/50kA单断口罐式断路器样机。该样机分别在国家高压电器质量监督检验中心和KEMA实验站完成了绝缘试验及容性电流、大容量开断等试验项目。550kV单断口断路器所有电气性能得到了确认。     

分频输电系统中真空断路器的开断性能

风能作为可再生的绿色能源,将成为以分布式发电为特征的智能电网的重要组成部分.然而现有电力系统抗风电扰动能力差是影响风电产业发展的关键性制约.采用分频输电技术可解决上述风电并网问题,而分频输电会造成断路器开断短路电流时有较长的燃弧时间,从而引起断路器的开断能力降低.笔者综述了分频输电对真空断路器开断能力的影响.Slade...     

真空断路器弹簧操动机构优化设计与可靠性分析

在真空断路器弹簧凸轮操动机构中,其开断特性与合闸弹簧、分闸弹簧和触头弹簧是息息相关的,它们性能的优劣对真空断路器的安全开断起着极其重要的作用。因此对真空断路器弹簧操动机构进行优化设计,并对其合闸弹簧、分闸弹簧以及触头弹簧进行可靠性分析,通过对其强度-应力干涉模型的分析,确定其在一定工作时间内的可靠度,进而实现对其开断特性的可预知性。     

关于2×27.5kV双极真空断路器绝缘等级问题探讨

电气化铁路牵引供电系统2×27.5 kV双极真空断路器用于自耦变压器供电方式的接触网馈电线路的接通与开断。根据现行的铁路标准,该类型断路器灭弧室断口采用了27.5 kV额定电压等级的绝缘水平。笔者通过对接触网(T线)和正馈线(AF线)之间非接地短路故障的分析发现:当该断路器开断此类短路故障时,两支断口承受的短路电压一般是不平衡的,其中某一断口承受的电压将超过其绝缘耐受水平,严重劣化其开断短路电流条件,可能造成绝缘损坏甚至爆炸事故。因此建议:提高现行2×27.5 kV双极真空断路器绝缘水平的铁路标准;在现有断路器的2个断口上并联均压电容,平衡电压;增加该类型断路器双断口实际均压情况以及同步性开断试验项目。     

ZW32A-24/T1250-25户外高压交流真空断路器的研制

目前国内正在进行20kV电网的建设改造工程,针对我国20kV电压等级供电设备短缺的情况,研制出额定电流1 250 A、额定短路开断电流25 kA的24 kV户外高压交流真空断路器。对整体结构和弹簧操动机构进行了介绍,并利用ANSYS软件对绝缘结构进行了仿真设计,并提出改进方案。     

高压断路器动作时间的体外检测

介绍了一套便携式的高压断路器动作参数的体外检测装置,以ZN4—10型真空断路器为对象进行了试验,提出了一种提取动作时间的方法——幅值法,并说明了关键在于检测点的选取及对试品动作特性的先验知识。     

500 kV整流型混合式高压直流断路器

直流断路器作为柔性直流电网故障元件的快速隔离装置,是构建直流电网的关键设备,能够大力支撑大规模新能源的高效并网和消纳。文中提出一种整流型混合式高压直流断路器电路拓扑,采用桥式换向阀组和单向开断阀组构成分断支路,与常规拓扑相比,使用一半数量的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)即可实现电流双向开断,经济性好和可靠性高。文中详细介绍了整流型混合式高压直流断路器的拓扑结构及其开断工作原理,并提出预分闸控制策略和软合闸控制策略,以缩短分闸时间和减小合闸操作冲击。研制了一台额定电压500kV,额定电流3kA,最大开断电流25kA,开断时间小于3ms整流型混合式高压直流断路器样机。实验结果验证了整流型混合式高压直流断路器电路拓扑的可行性和有效性