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高压直流断路器技术发展与工程实践

北极星输配电网  来源:电网技术杂志    2017/11/16 11:11:35  我要投稿  
所属频道: 保护与控制  关键词:断路器 柔性直流 电网技术 

目前,ABB、日本三菱公司和我国的南方电网公司已分别研制出了相关样机,参数分别为 80kV/5ms/10.5kA,120kV/10ms/16kA 和 110kV/4.6ms/12kA[17-18],其中三菱公司样机实物如图 8 所示。

2.3 基于晶闸管的混合式断路器

20 世纪 80 年代未,随着半导体技术的发展,为提高机械式断路器的分断速度,开始有文献提出将半导体器件与机械开关相结合的混合式直流断路器拓扑[17-20]。由于晶闸管器件通流能力强,耐压高,在高压大功率场合应用广泛,各种基于晶闸管的混合式直流断路器相继被提出。

文献[21]提出了一种采用晶闸管的混合式直流断路器拓扑,如图 9 所示,共分为 4 条支路,支路1 为通流支路,支路 2 和支路 3 为转移支路,支路4 为耗能支路。

该方案采用 IGBT 闭锁创造通流支路电流人工过零点,而转移支路主要由晶闸管阀和电容构成。支路 2 中采用低压大电容 C1、C2,用于抑制快速开关分断过程中的电压上升速率,并在电容两端并联避雷器 MOV1 和 MOV2,将电压可靠限制在较低的幅值,由于快速开关分断时间达到毫秒级,支路2 采用 2 组并联支路来共同实现对开关分断期间的电压限制,且先导通的支路 2a 的避雷器 MOV1 的动作电压要低于后导通支路 2b 的避雷器 MOV2 的动作电压。当快速开关完成分断后,则触发晶闸管阀 T4,支路 2 中的电容向支路 3 放电,利用反向注入电流的方式强迫晶闸管阀 T1关断,短路电流对支路 3 中的高压小电容 C3 充电,断路器电压迅速上升直至避雷器 MOV3 动作,分断短路电流。该断路器分断过程中内部换流过程如图 10 所示。

该方案采用 IGBT 闭锁创造通流支路电流人工过零点,而转移支路主要由晶闸管阀和电容构成。支路 2 中采用低压大电容 C1、C2,用于抑制快速开关分断过程中的电压上升速率,并在电容两端并联避雷器 MOV1 和 MOV2,将电压可靠限制在较低的幅值,由于快速开关分断时间达到毫秒级,支路2 采用 2 组并联支路来共同实现对开关分断期间的电压限制,且先导通的支路 2a 的避雷器 MOV1 的动作电压要低于后导通支路 2b 的避雷器 MOV2 的动作电压。当快速开关完成分断后,则触发晶闸管阀 T4,支路 2 中的电容向支路 3 放电,利用反向注入电流的方式强迫晶闸管阀 T1关断,短路电流对支路 3 中的高压小电容 C3 充电,断路器电压迅速上升直至避雷器 MOV3 动作,分断短路电流。该断路器分断过程中内部换流过程如图 10 所示。

2.4 基于 IGBT 的混合式断路器

全控型半导体器件 IGBT 具备自关断能力,利用其可关断特性插入阻抗,能可靠地实现强迫换流。基于所述原理文献[8]提出了一种采用 IGBT 直接串联技术的混合式直流断路器拓扑,如图 12所示。

用其可关断特性插入阻抗,能可靠地实现强迫换流。基于所述原理文献[8]提出了一种采用 IGBT 直接串联技术的混合式直流断路器拓扑,如图 12所示。

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