高壓直流斷路器檢視原始碼討論檢視歷史
直流斷路器結合了電力電子器件，是用於開斷直流迴路的斷路器，實現直流開斷的時刻是電流過零點。直流斷路器一般可分為機械式直流斷路器、固態直流斷路器以及混合式直流斷路器。其中電力電子器件的控制和直流滅弧是直流斷路器的關鍵技術。
簡介
電力電子器件串、並聯技術 在高電壓、大電流的應用場合，需要電力電子器件串聯提高耐壓能力和並聯提高通流能力，由於器件自身參數差異和外圍電路影響導致的動、靜態均壓、均流問題尤為突出。當電力電子器件作為直流斷路器斷流主支路時，一般不需要並聯即可滿足關斷電流要求，而為了承受較高的開斷過電壓，往往需要大量器件串聯使用，本節將重點分析串聯均壓問題。 電力電子器件串聯電壓不均一般分為兩種情況：靜態電壓不均和動態電壓不均。器件運行過程中會經歷開通瞬態、開通穩態、關斷瞬態和關斷穩態四個工作狀態。在開通穩態和關斷穩態下，串聯各器件電壓基本保持穩定，屬靜態均壓問題;在開通瞬態和關斷瞬態下，串聯各器件電壓動態變化，屬動態均壓問題。由於影響串聯均壓的因素較為複雜，不同工作狀態下應採用不同的均壓策略 [1] 。 (1)靜態電壓不均原因分析與均壓措施 當串聯各器件處於開通穩態時，只承受很低的通態壓降，由器件參數差異引起的電壓不均對其安全運行影響較小，一般可以忽略不計；當串聯器件處於關斷穩態時，各器件可等效為一個阻值較大的電阻，其上只有很小的漏電流通過，此時器件兩端電壓一般較高，必須採取措施解決電壓不均問題。 為實現靜態均壓，首先應儘量選用參數和特性均一致的器件，此外還可以在串聯各器件集射極之間並聯均壓電阻，當該電阻遠小於器件漏電阻時，電壓分配主要取決於均壓電阻值，該阻值通常應遠低於器件斷態等效電阻，並儘可能的大， (2)動態電壓不均原因分析與均壓措施 影響串聯器件動態電壓不均的因素主要分為兩類：器件自身參數和外圍電路參數。其中器件自身參數主要包括極間寄生電容、拖尾電流、柵極內阻和雜散電感等，外圍電路主要包括柵極驅動電阻、驅動迴路寄生電感、驅動信號延遲和吸收電路等。 直流滅弧技術 與交流電流相比，直流電流沒有自然過零點，在高電壓等級和高故障電流等級下，如果用機械開關強制斷開直流電流，一方面將產生巨大能量的電弧，對設備安全造成嚴重威脅，另一方面從機械開關動作到其恢復可靠的耐壓能力往往需要數十毫秒，難以滿足速動性的要求。目前為應對滅弧問題多採用以下幾種策略： (1)研究直流電弧特性並建立準確的電弧模型，研製滅弧能力更強、速度更快的機械開關。 (2)借鑑交流斷路器工作原理，採用振盪電路等方式人為製造電流過零點。 (3)採用包含機械開關和電力電子器件的混合型拓撲，通過合理的開斷時序控制策略，使機械開關實現在極小的電流甚至零電流下開斷。 (4)採用只包含電力電子器件的全固態拓撲，避免電弧。 以上策略各有利弊，如何選擇合理的滅弧方法是直流斷路器面臨的重要問題。
評價
在多端柔性直流輸電系統中的應用 直流側故障影響到設備參數的計算和控制保護策略的設計，是直流輸電系統必須考慮的一種故障類型。雖然處理直流側故障有三類方法，但由於技術方面的制約，目前實際工程中仍採用交流側斷路器隔離故障。在這種處理方式下，系統檢測到故障後閉鎖換流站以防止橋臂過流，然後跳開各換流站交流側斷路器，切斷交流側電流饋入，直流電流隨着橋臂電抗能量釋放逐漸減小至零，最後跳開故障線路兩端的快速直流開關。而其他換流站需要再次閉合交流斷路器重新啟動。這種處理策略在每次故障時都需要跳開交流斷路器，使直流系統與外界交流系統解開，計及故障檢測、識別、交流斷路器動作和快速直流開關動作，整個故障清除過程長達數百毫秒，這將降低直流輸電系統的可利用率 [2] 。 由於多端柔性直流輸電系統存在多種短路類型和短路點，短路電流變化複雜，為使本文提出的直流斷路器拓撲用於多端柔性直流輸電系統時能夠更加可靠的處理直流側故障，需要對直流側故障機理和各種故障類型下的電流變化規律進行研究，同時應結合系統原有的直流側故障保護方法和直流斷路器控制策略，合理整定直流斷路器動作時序，確保整個系統安全可靠運行。 不同類型直流側故障機理： 採用雙極對稱傳輸方式的模塊化多電平多端柔性直流輸電系統，其直流側故障一般分為三類：單極短路故障、雙極短路故障和斷線故障。單極短路故障時，由於直流側經大電阻接地，近似開路，子模塊電容沒有放電通路，電容電壓基本維持穩定；雙極短路故障時，在換流器閉鎖前，子模塊電容通過上部全控器件形成放電迴路，如圖所示，同時交流系統通過子模塊下部二極管構成能量饋流迴路，相當於三相短路，如圖所示，此時子模塊電流由兩者疊加構成，換流器閉鎖後，全控器件關斷，交流系統繼續通過圖所示電路饋入電流，直到交流側斷路器動作切斷饋流迴路。 直流斷路器需求分析與參數配置： 在直流斷路器應用環境下，多端柔性直流輸電系統主要故障類型可分為平抗內短路，平抗外短路和架空線路短路，每種短路又分為單極短路和雙極短路。在各種類型短路故障中，換流站近端平抗內、外側雙極短路是較為嚴重的故障類型，其中又以平抗內雙極短路故障最嚴重。2ms之內故障電流可達7kA，峰值電流17kA。 直流斷路器應滿足上述最嚴重故障下的動作要求。日前多端柔性直流系統直流側故障保護方式主要有橋臂過流保護和閥直流過流保護，兩者原有保護方案均取最高值為2p.u.，動作延時0.2ms，故障電流達到閾值時換流器啟動閉鎖保護，同時交流側斷路器動作切斷交流電流的饋入。為最大限度抑制故障發展，使系統在故障恢復後能夠快速地重新建立直流電壓，直流斷路器應在換流器閉鎖之前動作，即使不能滿足也應保證在換流器閉鎖之後、交流側斷路器動作之前動作。在較低閾值的保護水平下，換流器將在1ms內閉鎖，因此直流斷路器也應在1ms內動作，在系統其他參數不變時直流斷路器難以滿足該要求。 為保證直流斷路器可靠動作，對於故障電流水平較低的故障類型，提高原保護電流整定閾值即可滿足要求；對於大容量換流站近端較嚴重的故障類型，除提高電流閾值之外，還應為直流斷路器配置限流電感以限制電流上升率。
視頻
高壓斷路器:高壓電路中的重要電器元件之一