基于人工過零的高壓直流真空斷路器關鍵技術研究審閱可直接排版發(fā)布素材

主要內

XI’ANJIAOTONG緒基于人工過零的高壓真空直流開斷方案研緒 XI’ANJIAOTONG直流輸電技術發(fā)展及直流電網(wǎng)對直流斷電壓源型換流器（VSC）結構示意圖

L

吸收線路電感 緒

XI’ANJIAOTONG

1.基于人工過零直流開斷技術需要快速主斷

器來承受直流開斷過程中產生的TIV2.電流過零前具有很大的di/dt，對主高頻開斷能力提出了非?？量痰囊?/p>

L3.目前國際上還沒有高壓直流開斷試驗標ABB混合式直流開斷方 Alstom混合式直流開斷方

-C

高 開

緒

XI’ANJIAOTONG第一章首先回顧了HVDC輸電技術發(fā)展過程和趨勢；然后分析了HVDC電網(wǎng)對HVDC需求；最后介紹了HVDC斷路器的開斷原理，闡述了基于人工過零直流開斷技術所的第三章首先對主斷路器電流強迫過零后的剩余縱向磁場進行了較為系統(tǒng)的了飽和電抗器在所提直流開斷方案中應用的利弊；在以上研究的基礎上，分析了反向電值和頻率對開斷過程的影響，并對換流電容和換流電抗參數(shù)的選擇進行了研究第五章基 直流開斷方案和器件參數(shù)，指導研制出了高壓直流斷路器樣機；然后依據(jù)計的實驗線路開展了直流斷路器樣機的實驗研究，分析了各種實驗現(xiàn)象第六章總結了本文主要內

XI’ANJIAOTONG緒基于人工過零的高壓真空直流開斷方案研

XI’ANJIAOTONG開斷時間2-5ms；開斷電流8kA課題組確定的技術路線是：首先進行55kV電壓等級的直流斷路器樣機研究，在掌了相關關鍵技術后，再進行110kV電壓等級甚至更高電壓等級的直流斷路器樣機研

XI’ANJIAOTONG W1 v 1v nt n1mv211mv21 nn個斷口串聯(lián)后，承受相同的擊穿電壓功更小。單個斷口的觸頭平均運動速度更真空間隙長度較大時（d≧5mm），其擊穿電壓與間隙長度d之間的關系Ub

XI’ANJIAOTONGnd1(

) 1 1

1v () ()

v )v nt

n1mv21 1mv21 n n 采用真空斷口作為主斷路器采用真空斷口作為主斷路器單元斷口，可以進一步減小機構分閘速度和操作功的要

XI’ANJIAOTONG支路單獨設計

3）模塊中包含真空斷口和換流支路，避雷器單獨設計AS

is

A

SS

SnS

B -C

-Cn

模塊中包含真空斷口、避雷器和換流支S

i

SS1

SS2

B

-Cn本 直流開斷方案采用串聯(lián)方式1）所示的拓撲結

XI’ANJIAOTONG

短路分閘由電磁斥力

額定電流下分閘或空在在5包含一個

XI’ANJIAOTONG

避雷器支后備斷路S

主斷路器支 換流支

XI’ANJIAOTONG

短路電流開斷過程仿真結果（BCB不動作i主回路電

mi

剩余電流U

S-+

-L

C

短路

101112130-換流過程仿真結果（BCB不動作 im mm 0--

時間

5后備斷路器不動作，避雷器電路中仍將流過剩余電

-

1011121314時間

XI’ANJIAOTONG第1iiv

電流電流0 910

0--

時間

0電流電流電壓um電壓um50

91011121314 91011

第2電流轉移t2-t3t3t4-t5t6 91011121314

XI’ANJIAOTONG3電流55 91011121314電流電流1 91011121314電流電流

額定電流開斷仿真結果局部imt2,0 10.210.410.6 11.211.411.6 時間額定電流開斷過程中換流過電壓/kV，電電壓/kV，電流um00電壓電壓0

91011121314 91011121314

時間額定電流開斷時主斷路器電流過零前的di/dt更大t3~t4，額定電流開斷情況下，這段時間持續(xù)時間更t5~t6，額定電流開斷情況下額定電流開斷情況下避雷器電流衰減很快。 時間 SC1+C-2U短LC

XI’ANJIAOTONGR逆向電流開斷的換流過程仿真結逆向電流開斷的換流過程仿真結cu 電壓/kV，電流0-

基于人工過零的高壓真空直流開斷方案優(yōu)

XI’ANJIAOTONG不使用均壓電路的直流開斷仿真模型- LCRUu1電壓電壓0- 時間

u1u1—VCB1電壓u2—VCB2電壓u1電壓電壓- 時間基于人工過零的高壓真空直流開斷方案優(yōu)

XI’ANJIAOTONG不同均壓電容情況下兩個真空斷路器兩端的電u1電壓電壓0 u1電壓電壓0

時間

FF電壓u10 4 時間u1u1u1u1電壓電壓0 時間

時間

基于人工過零的高壓真空直流開斷方案優(yōu)

XI’ANJIAOTONGVCB1LCiCi

imUcCLCL

tT2基于人工過零的高壓真空直流開斷方案優(yōu)主斷路器TIV振蕩原因分

XI’ANJIAOTONGC3=C4=500pF時兩個真空斷路器兩端的電 主斷路器TIV振蕩原因分析的等效電LCu10- 4 8811 11R U

U1

cAe

11sin

tθ 削弱削弱主斷路器兩端TIV的振蕩的方法有兩種：1.增大均壓電容值，2.基于人工過零的高壓真空直流開斷方案優(yōu)電容均壓情況下VCB1

XI’ANJIAOTONG

電壓電電壓電流電壓電電壓電流

電壓電流電壓電流電壓電電壓電流 444主要內

XI’ANJIAOTONG緒基于人工過零的高壓真空直流開斷方案研

XI’ANJIAOTONG

Ir,0tI I II

,tst

il

I sin2fttI sin2ftt,tt 0,t 電流電流420 時間

觸頭系統(tǒng)等效

XI’ANJIAOTONG等效電路依據(jù)：載荷電流在觸頭系統(tǒng)的兩個觸頭杯中流動時可以視為一組同軸線圈，渦流在觸頭系統(tǒng)的兩個觸頭片中流動時可以視為另一組同軸線圈，觸頭系統(tǒng)中最終的縱向磁場相當于兩組線圈產生觸頭系統(tǒng)等效模型

電流下降至零以后觸頭系統(tǒng)的等效模型

在電流強迫過零階段 M?dil/dt近似認為是常數(shù)D

ABe ie1t載荷電流過零之后的渦流t：

e反向電流頻率對剩余縱向磁場的影

XI’ANJIAOTONG載荷電流峰值時刻化載荷電流峰值時刻化剩余剩余縱向磁場縱向縱向磁場

0 0 1 0

剩余剩余縱向磁場載荷電流過零時縱向縱向磁場

0 0 1 剩余剩余縱向磁場0 0 0 0徑向位置

XI’ANJIAOTONG不同觸頭開距情況下剩余磁場變化剩余剩余縱向磁場

觸頭片模LRLR0 0 1 剩余剩余縱向磁場0

0.0.

L=L=7mL=10mL=12mL=15mL=18m剩余剩余縱向磁場

0.0.0.0.01

0時間01時間2 0. 0. 0.0時間01時間2采用飽和換流電抗器后的開斷過程仿真分電路中使用飽和電抗器后的仿真模型

XI’ANJIAOTONG

+VCB1

+VCB2

C C1 C

C 0

換流過程的仿真結果

im10-- 時間

時間主斷路器電流過零前的主斷路器電流過零前的di/dt采用飽和換流電抗器后的開斷過程仿真分

XI’ANJIAOTONG采用飽和換流電抗器的缺點：

I

I

R L

RU I

R

cp1

2

20

sint 2U

-

時間

換流支路的參數(shù)選擇及其對直流開斷過程

XI’ANJIAOTONG ic2CLIcpUCL f 2LC LI2

電流電流0電壓電壓dUm

時間時間主要內

XI’ANJIAOTONG緒基于人工過零的高壓真空直流開斷方案研高壓直流避雷器支路對直流開斷過程的影

XI’ANJIAOTONG線路等效電感 的T T

W W LI1201

Ui Ui Ua-UUi不同避雷器的V-A特性和其對應的直流開斷過程中的避雷器電流波

電壓k電流k0

0

高壓直流實驗方案

XI’ANJIAOTONG電流電流50 時間

交流發(fā)電機作為實驗源進行直流開斷實驗的實驗原理SLC

高壓直流

XI’ANJIAOTONG采用交流發(fā)電機作為實驗電源的開斷過程仿真分交流發(fā)電機情況下的仿真結果與直流源情況下仿真結果對 仿真結果局部電流電流0電流電流0

ic1,換流支路電下的換流支路電換流支路電下的換流支路電電流流源情況下電流ic2—交流發(fā)電機情i414況下的避雷器電機情況下的避雷器電0電壓電壓0

um1

um1—直流源情況下的主斷路器電um2—交流發(fā)電機情況下的主斷路器電

電壓電壓電壓0

91011121314時間

0 高壓直流實驗方案研

XI’ANJIAOTONGLC源進行直流開斷實驗的實驗原理圖MMOVCBBCBCVCBCCSLCLC

直流開斷高壓直流

XI’ANJIAOTONG實驗方案研究0

,,電壓電壓0

換流過程840-im1,im2,換流過程840-im1,im2,is1,is2,im1,im2,ic1,i2, c10

4 4 4u

時間

主要內

XI’ANJIAOTONG緒基于人工過零的高壓真空直流開斷方案研高壓直流

實驗線路和裝

XI’ANJIAOTONGSLC 圖

直流開斷裝置實物圖

基于人工過零的高壓真空直流開斷實驗實驗結

XI’ANJIAOTONG005

8kA電流開斷實驗結果00ims40 m020電壓/kV，電流 電壓/kV，電流 --

8kA電流開斷局部實驗結果0

t1

0 時間

t4t6t7：輔助開關AB基于人工過零的高壓真空直流開斷實驗

XI’ANJIAOTONG主斷主斷口電流-仿真主斷口電流-8電流電流420主回路電流-仿真主回路電流-實驗 主回路電流-仿真主回路電流-實驗86電流電流20-

時間

主斷路器主斷路器電壓-仿真主斷路器電壓-真模型的正確性電壓0-

6時間

換流支路電流-實驗電流--

時間

3

基于人工過零的高壓真空直流開斷實驗

XI’ANJIAOTONG55kV等級雙斷口高壓直流真空斷路器樣機實驗結8kA電流開 16kA電流開流主流主is—主回路電im—主斷im電流電流電流電流0t電壓電壓0

9101112131415

電壓電壓0-

um—主斷路器電um um—主斷路器電um時間

時間

針對針對55kV16kA，故 時間小于5ms實驗研 XI’AN實驗研 XI’ANJIAOTONG55kV等級雙斷口高壓直流真空斷路器樣機實驗結

0-0

電流電流0

時間-

0主斷路器電流經過多個半波后主斷路器電流經過多個半波后重燃，本文認為這也是成功的

時間

基于人工過零的高壓真空直流開斷實驗55kV等級樣機不能成功開斷電流的實驗結

XI’ANJIAOTONG換流電容充電電壓不 電流電流

主斷路器電流經過多個半波后沒有過零電流電流5 電流電流50

電流電流0

電流電流0--

電流電流0--

基于人工過零的高壓真空直流開斷實驗55kV等級樣機不能成功開斷電流的實驗結主斷路器電流過零開斷后重擊穿

XI’ANJIAOTONG電流電流0

局部實驗結-電流電流-

果果---