电气装置

学术简报低压混合式直流断路器中的真空电

发布时间:2023/7/16 17:25:19   
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郑州大学电气工程学院、国网河南省电力公司电力科学研究院、大连理工大学电气工程学院的研究人员葛国伟、程显、王华清、谢伟、黄金强,在年第19期《电工技术学报》上撰文指出,低压混合式直流断路器的电流转移性能对其开断过程起到至关重要的作用。

为获得其电流转移特性及判据,分析低压混合式直流断路器的结构与工作原理,提出真空电弧电流转移过程简化电路。搭建低压混合式直流断路器真空电弧电流转移实验研究平台,采用高速CMOS相机观察转移过程中真空电弧发展演变规律。

研究电流大小、转移支路参数、燃弧时间等对电流转移特性的影响规律,得到了真空电弧电流转移判据。通过修正参数得到适用于低压混合式直流断路器的真空电弧电流转移改进判据,并通过V/5kA混合式直流断路器样机验证了其有效性,为高性能低压混合式直流断路器研制提供了参考。

近年来随着直流微网、城市轨道交通直流牵引系统、舰船直流供电系统的发展,高性能大容量低压直流断路器需求日益迫切,基于机械开关与电力电子开关的混合式直流断路器(HybridCircuitBreaker,HCB),综合了机械开关通流大、全控器件开断快的优势,是未来中低压领域直流断路器的发展趋势与方向。

低压直流断路器主要包括空气断路器、固态断路器和混合式直流断路器,空气断路器在轨道交通直流牵引供电系统V/V已得到较多的应用。

美国GE公司的Gerapid直流快速断路器额定电压为~V、额定电流~A,预期分断电流30~75kA。瑞士SECHERON公司的UR系列直流断路器额定电压~V,额定电流~A,预期分断电流40~kA。另外韩国FKI、德国西门子、ABB和法国SaftPowerSystems等公司都有低压直流开关设备。国内西安交通大学与大全集团合作研制了4kV/70kA空气介质直流断路器。平高集团研制PGDB-/D0-80型直流断路器,额定电流为0A,额定短路开断电流达到80kA,峰值达kA。中船重工自主研发的ZDS3国产直流快速断路器,额定电压V/V,额定电流0A,开断电流/80kA。《GBT.1—轨道交通地面装置直流开关设备第2部分直流断路器》根据分断特性将直流断路器分为快速限流断路器、高速限流断路器和半快速断路器。其中高速限流断路器要求断路器全分断时间小于5ms。目前轨道交通直流断路器产品额定电流达到A,预期短路分断电流kA,固有时间在3~6ms,全分断时间15~30ms。

随着IGBT、IGCT、GTO等全控器件的发展,固态直流断路器取得较大发展,美国电力电子系统研究中心(CPES)研制出2.5kV/1.5kA和4.5kV/4kA直流断路器样机。大连理工大学基于IGBTs,研制了V/2kA车载直流断路器。

近年来,基于机械开关与全控器件并联的混合式直流断路器,综合了机械开关通流能力大、全控器件开断快的优势,在高、中、低直流领域引起广泛

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