高压直流断路器电力电子器件供能技术

高压直流断路器受限于运行方式,其内部大量电力电子器件驱动板卡无法通过系统自取能工作,是高压直流断路器研制的主要难点之一。该文基于500kV高压直流断路器中电力电子器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)驱动板卡的负载特性,提出了对地级、层间级和组件级的分层隔离供能方法,开展了对地隔离供能变压器电磁场、机械和热的多物理场仿真研究,并对IGBT器件高电位驱动板卡的供能线圈进行了设计,通过有限元仿真模块Maxwell和电路仿真模块Simplorer搭建了供能线圈和驱动负载的仿真模型,进行了场路耦合联合仿真,最后在500 kV高压直流断路器上试验验证了所提供能技术的可行性及可靠性。结果表明:通过分层次的隔离供能,可为各层供能线圈提供稳定的输入电流,从而可靠地为电力电子器件高电位驱动板卡提供电源,不仅解决了高压直流断路器无法通过系统直接取能的难题,还能显著减小供能设备的绝缘水平要求,降低研制难度,并已在±500kV张北柔直工程中应用。采用多级串联的对地隔离变压器能够满足500 kV电压等级的绝缘要求,内部温升小于30 K,且能够满足9级烈度抗震要求。采用硅钢片工频取能的供能线圈能够满足高电位驱动板卡5 VA的负载容量要求,且结构尺寸小,易于大规模工程化应用。