快速斷電開關技術研究現狀

2022-10-17 06:09:10 字數 1483 閱讀 1666

李衛星為了保證快速斷電低壓饋電開關的快速斷電時間指標,必須選用固有全切斷時間<1ms的快速開關。 毫無疑問,各種機械式斷路器的分斷時間均不滿足這一要求。迄今為止,斷電時間最快的真空斷路器其分斷時間亦17ms;即使是一般的交流半導體無觸點開關,其全斷電時間也大於10ms。

因此,快速斷電開關技術,是繼超快速漏電保護、超快速短路保護技術之後,必須致力攻克的又乙個技術關鍵。

半導體無觸點開關,也稱固態開關,一般採用半導體器件組成。根據流過開關的電流方向不同,可分為交流開關電路和直流開關電路兩大類。由於交流線路的電壓和電流方向是交替變換的,因此,交流固態開關在電壓反向時即可自動關斷。

而直流開關在直流電源下工作,電流電壓方向不變,不能自行關斷

近年來,,基於電力電子器件的固態斷路器(solid state circuit breaker)應運而生,並得到了廣泛的關注和研究。隨著配電網容量的日益增大系統的短路容量也持續增加這對開關裝置的開斷能力提出了更高的要求,同時隨著使用者對供電質量要求的不斷提高,如何快速切除短路電流以抑制故障期間電網電壓的跌落也非常重要。現有的機械式斷路器因受其自身物理結構的制約,其開斷容量很難有大幅度提高,並且動靜觸頭分開時引起的電弧延長了故障電流切除時間,使之難以滿足一些電力使用者對故障電流開斷的速動性要求。

因此如何限制迅速開斷故障電流顯得日趨重要。

另一方面,為了限制短路電流對電網的衝擊,近年來不斷有固態短路限流器方面的文獻報道,這對於快速斷電開關的研究也具有一定的參考價值。隨著計算機、電力電子、超導技術和新材料等的發展, 限制短路電流以減輕斷路器開斷負擔已成為可能, 在20 世紀70 年代就有人提出了短路限流器, 或稱故障電流限制器(fcl —fault current limiter, 或cld — current limiting device), 經過20 多年的發展, 湧現出多種型別的限流器。近10 多年來, 電力電子器件的技術水平提高很快, 在中壓電力系統中已可直接應用, 經適當的串並聯後甚至可用到高壓、超高壓系統。

柔**流輸電系統(facts) 在這種背景下日益完善。固態短路限流器作為facts 元件成員之一, 不斷湧現出來,epr i 提出的固態限流器主要由一組反併聯的gto 與限流電感l 併聯組成, 正常執行時gto 常通, 將限流電感短接; 一旦發生短路, 在短路電流達到第1 個峰值前迅速將gto 斷開, 使電感l 插入短路迴路以限制短路電流。這種限流器不僅要求使用昂貴的gto , 而且要求保護電路具有極快的響應速度; 同時, 由於gto快速截斷數值遠大於額定值的短路電流而使之轉移至限流電感l 中, 將引起極大的及, 因此, 必須另外採取有效措施以抑制由它所產生的高壓及附加振盪, 以免危及系統絕緣與安全。

此外, 這種限流拓撲只能與固態斷路器(sscb) 結合, 否則由機械式斷路器斷開, 儲存在l 中的數值較大的短路電流同樣會激發極大的暫態振盪和過電壓。

雖然固態斷路器和固態短路限流器在元器件可靠性、耐壓、耐衝擊電流、耐大電流變化率、耐高電壓變化率等方面有很多經驗值得借鑑,但是,還不能將其直接應用在快速斷電開關之中,必須進行新的研究和**。

新研製的一種快速斷電開關的原理圖如下。

圖4.3 中性點開關電氣原理圖

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