直流快速开关换流分析

介绍了超导托卡马克装置中失超保护开关--直流快速开关的工作原理,并通过理论和实验分析了其在换流过程中的规律.为超导磁体失超保护开关及电感储能脉冲电源电路的开关选择和电流换流回路参数的确定提供依据.     

真空有载分接开关在高压直流换流变压器中的运用

有载分接开关（on-load tap-changers,OLTC）是高压直流输电线路中现代换流变压器不可或缺的设备,可对系统的电压变化进行补偿,优化变频器控制角,并使高压直流系统降压运行成为可能。但开关操作时产生的电流具有陡峭的非正弦波形,不仅增加了开关切换的负荷,也增加了开关的容量和尺寸,而且开关频繁操作对维护提出了很高的要求。比较了换流变压器和电力变压器OLTC的操作条件。真空开关技术的引入使得真空OLTC除了可以消除油的污染外,还具备独特的优势,可承受高切换负荷,可用在高压直流换流变压器上,OLTC的容量配置可以优化调整等。真空OLTC免维护的操作次数可高达600 000次,维护工作可降至最低限度,大幅提升了换流变压器的可靠性和可用率。通过优化OLTC额定容量可以节省开关的体积和重量,有助于开发超高压直流换流变压器。     

真空有载分接开关在高压直流换流变压器中的运用

有载分接开关是高压直流输电线路上现代化的变频变压器上不可或缺的设备。有载分接开关对系统的电压变化进行补偿,优化变频器控制角,并使低压送电成为可能。电流的非正弦波形曲线很陡,这增加了开关转换的承受负荷,开关亦因此需要超尺寸设计。     

真空有载分接开关在高压直流换流变压器中的运用

1 概述 高压直流系统广泛应用于长距离输电线路.在过去10年里,有几条长距离输电线路已经在中国投入使用.有载分接开关是换流变压器(以下称换流变)中重要设备,通过改变绕组的匝数比,补偿电压的波动,并根据系统对功率因数的要求,对换流变的控制角进行优化.出于对系统可靠性的考虑,现代高压直流系统往往要求能降压运行,这也只有通过有载分接开关来实现.为了满足现代高压直流系统中所有这些要求,换流变的调压范围需要设计得很大.     

晶闸管直流快速开关

晶闸管直流快速开关若采用微处理机构成数字式继电器,可实现设备的静止化、维修的省力化以及小型化等。文中介绍了日本所研制的THCB的特点、动作原理、电路组成、结构、直流电路保护用数字式继电器、直流快速开关的保护协调。     

直流快速电子开关

目前,整流电源种类繁多,许多新工艺、新设备对电源系统提出了各式各样的要求,其中有一点是共同的,这就是一旦发生短路故障,要尽快切断电源,保护设备不受损坏,保护工件不受损伤。例如,目前金属涂镀工艺对整流电源的要求之一是必须有短路保护。而国内所采用的保护措施大多数是靠继电保护。继电保护动作时间最快也需10~(-2)～10~(-1)秒,而这时短路电流已经很大,电弧能量也很大,难以保证不损伤工件。为此,我们采用了LD-300K辉光离子氮化炉中快速电子开关线路的部分线路结构,设计了用于涂镀电源的快速电子开关。当负载发生短路时,能在10~(-4)秒数量级内切断向负载的供电。     

机械式高压直流真空断路器换流参数研究

基于换流原理的机械式高压直流真空断路器,是高压直流系统短路开断的有效方式之一,电弧熄灭后断口间介质恢复强度能否耐受恢复电压是决定其开断性能的关键,因此换流时间与最小安全开距的配合成为其设计的重要参考依据。该文利用直流开断实验平台,实验研究了高压直流真空开断系统样机在不同换流时刻、开断电流幅值、换流频率、换流电流与开断电流的幅值比(换流比)下的换流时间和最小安全开距。结果表明:换流时刻选择过早会导致电弧因开距不足而重燃,在实验条件下,换流频率3kHz,开断5kA直流电流,最小安全开距约为0.60mm;随着开断电流幅值的增加,最小安全开距近似线性增大;随着换流频率或换流比的增大,换流时间均将明显减小,对最小安全开距的要求也随着断口恢复电压的增加而更高。     

新型直流真空断路器强迫换流分断特性

基于强迫换流原理的新型混合型直流真空断路器是解决高上升率直流短路电流分断难题的有效方式。获知短燃弧、短间隙条件下真空开关大电流分断特性是快速直流真空断路器的研制基础。利用合成实验平台,研究了采用Cu Cr50平板型触头的真空开关,燃弧时间数百微秒,触头开距不足2 mm的条件下,分断20 kA左右电流的介质强度恢复特性。实验结果表明:真空开关分断电流17 kA时,以110 A/μs的速率换流过零后,经过41μs的近似零电压阶段的恢复,可以成功抗受10 kV/mm的电场应力,但延迟击穿重燃现象时有发生;分断电流21 k A时,电场应力不足5 kV/mm时,便会发生击穿重燃。通过触头结构设计,使开关分离拉燃电弧时形成双柱乃至多柱电弧成为改善真空开关分断特性的可行方法。     

高压直流换流变压器附加损耗的计算

国内高压直流输电系统的发展对高压直流换流变压器性能要求愈来愈高.在换流变压器设计过程中,附加损耗是一项重要的参考指标.笔者介绍了基于趋肤深度控制的三维实体模型网格分层剖分方法和磁损耗计算方法,使用MagNet软件计算了一台换流变压器的构件损耗,并对国际基准模Problem 21B进行了验证性计算.基于Visual Ba...     

变压器辅助换流的谐振直流环节软开关逆变器

为提高逆变器的变换效率,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,它利用高频变压器的等效电感与谐振电容之间的谐振,使直流母线电压周期性下降到零,实现逆变桥开关器件在零电压条件下完成切换,辅助开关器件也可以实现零电压开关或零电流开关,二极管的反向恢复损耗也被有效降低。此外,电路中所有开关器件承受的电压都不超过直流电源电压,而且辅助谐振电路在每个开关周期内只工作一次,降低了辅助谐振电路的损耗。对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图和逆变器的控制方法。制作一个5 kW的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关可以实现零电压开关。该并联谐振直流环节软开关逆变器能有效改善效率,降低开关损耗。     

单开关辅助换流的箝位谐振直流环节逆变器

为进一步提高逆变器的工作效率并简化其控制方式,提出一种新型箝位谐振直流环节软开关逆变器。箝位电路由箝位电源和二极管组成。辅助谐振电路由单独开关实现控制,当逆变器主开关需要切换时直流母线电压下降到零,逆变器的主开关与辅助开关均可实现软开关。根据各阶段等效电路,分别分析了逆变器的工作原理,组建一台2 kW实验样机。由实验结果知,该新型逆变器的主开关和辅助开关在操作过程中均可实现软开关,可有效降低开关损耗并提高效率。     

真空与气体一体化串联机械开关及其直流快速转移应用

为提升中压混合式直流断路器的自然换流性能,该文提出一种真空与气体一体化串联机械开关,分析真空与气体一体化串联用于电流转移性能的工作原理。并基于此设计了双超程联动的真空与气体一体化串联开关实验样机,研究了气体类型、气压、触头结构、触头材料等参数对电弧电压特性的影响规律,确定了W70Cu桥式两触点结构,采用H₂和N₂体积比为2:3、气压为0.3 MPa的氢氮混合气体,弧压可由20 V提升到120 V,电流转移时间由1 900μs缩短至300μs。同时测试了静态瞬态开断电压(TIV)分布特性,真空间隙承担主要电压(55%),串联整机耐压水平为20 kV。验证了真空与气体一体化串联开关应用于中压混合式直流断路器的可行性和有效性。     

双向开关辅助换流的并联谐振直流环节逆变器

为提高逆变器的效率,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构。直流环节电压可以周期性下降到零,使逆变器的主开关完成零电压切换,同时辅助开关也实现了零电压开关或零电流开关。此外,辅助谐振电路中有2个辅助开关相串联,构成了双向开关。控制该双向开关的通断可以调节逆变器直流环节的零电压持续时间,以方便应用各种灵活的脉宽调制策略。依据不同工作模式下的等效电路图,分析电路的工作原理,给出设计规则,建立辅助谐振电路中各器件的功率损耗和分压电容的电压变化量的数学模型。制作了1台功率为3k W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关。因此该软开关逆变器可以有效降低开关损耗。     

直流输电换流阀系统电动力计算分析

本文分析了12脉动换流阀的运行工况,根据有限元计算软件条件和电磁场理论,建立阀厅中一座阀塔的计算模型和MATLAB仿真模型。     

直流输电换流阀系统电动力计算分析

分析了12脉动换流阀的运行工况,建立符合有限元计算软件条件和电磁场理论的阀塔的计算模型,和MATLAB仿真模型.     

柔性直流换流系统辐射电磁骚扰计算

柔性直流(VSC-HVDC)换流站的建立和输电电压等级的提高对换流系统的电磁兼容问题提出了很高的要求。为此,提出了柔性直流换流系统辐射电磁骚扰的计算方法,并基于华北电力大学新能源实验室的VSC-HVDC实验平台开展了测试实验:首先分析了换流系统运行状况并采用高分辨率探头和高性能示波器测量获得了辐射电磁骚扰源特性;然后,采用天线理论并结合矩量法,对换流系统的实际物理结构进行了建模;最后,在仿真软件FEKO中计算了换流系统产生的辐射电磁骚扰,并对换流系统各关键点的辐射电磁骚扰特性进行了分析。研究结果表明:换流阀、变压器、电抗器、交直流母线周边辐射电磁骚扰强度最大,二次设备处辐射电磁骚扰强度随频率上升而缓慢增大,在频率为20 MHz以后有下降的趋势;因为换流系统近场在频率为20 MHz时产生广义谐振,所以其辐射电磁骚扰强度最大。空间电磁场实际测量结果与计算结果的对比验证了该建模方法的有效性。     

直流快速开关机构设计研究

直流快速开关作为大容量直流供电系统安全运行的保证,其开断的分闸速度与开断的固有分闸时间直接影响到直流快速开关的快速性与合理可靠性。文中通过研究直流快速开关斥力机构工作原理,分析现有直流快速开关机构操动机构、保持机构、缓冲机构的结构形式与优缺点,总结出了直流快速开关斥力机构的2种操作机构,2种保持机构,4种缓冲机构的结构形式。根据研究成果给出直流快速开关机构设计的单线圈斥力+单线圈永磁保持以及双线圈斥力+碟簧保持两种典型方案,为直流快速开关机构的设计与试验提供了指导原则,也可为其他相关工程提供参考。     

换流变压器中直流偏磁电流的计算

根据背靠背直流系统的技术特点 ,详细计算了由于触发不平衡和交流系统正序二次谐波在换流变压器中产生的直流偏磁电流。计算结果表明 ,2 2 0kV和 330kV侧每台换流变压器网侧绕组中最大等效直流电流的计算值分别为 5 .2和 3.5A ,符合设计要求。