快速断电开关技术研究现状.doc

快速断电开关技术研究现状李卫星为了保证快速断电低压馈电开关的快速断电时间指标，必须选用固有全切断时间1ms的快速开关。 毫无疑问，各种机械式断路器的分断时间均不满足这一要求。迄今为止，断电时间最快的真空断路器其分断时间亦17ms；即使是一般的交流半导体无触点开关，其全断电时间也大于10ms。因此，快速断电开关技术，是继超快速漏电保护、超快速短路保护技术之后，必须致力攻克的又一个技术关键。半导体无触点开关，也称固态开关，一般采用半导体器件组成。根据流过开关的电流方向不同，可分为交流开关电路和直流开关电路两大类。由于交流线路的电压和电流方向是交替变换的，因此，交流固态开关在电压反向时即可自动关断。而直流开关在直流电源下工作，电流电压方向不变，不能自行关断。 近年来，柔性交流输电系统和配电中实现对电力系统参数和网络结构快速灵活准确控制的关键设备被普遍认为也是保障现代电力系统安全可靠运行的重要设备，基于电力电子器件的固态断路器（Solid State Circuit Breaker）应运而生，并得到了广泛的关注和研究。随着配电网容量的日益增大系统的短路容量也持续增加这对开关设备的开断能力提出了更高的要求，同时随着用户对供电质量要求的不断提高，如何快速切除短路电流以抑制故障期间电网电压的跌落也非常重要。现有的机械式断路器因受其自身物理结构的制约，其开断容量很难有大幅度提高，并且动静触头分开时引起的电弧延长了故障电流切除时间，使之难以满足一些电力用户对故障电流开断的速动性要求。因此如何限制迅速开断故障电流显得日趋重要。另一方面，为了限制短路电流对电网的冲击，近年来不断有固态短路限流器方面的文献报道，这对于快速断电开关的研究也具有一定的参考价值。随着计算机、电力电子、超导技术和新材料等的发展, 限制短路电流以减轻断路器开断负担已成为可能, 在20 世纪70 年代就有人提出了短路限流器, 或称故障电流限制器(FCL fault current limiter, 或CLD current limiting device), 经过20 多年的发展, 涌现出多种类型的限流器。近10 多年来, 电力电子器件的技术水平提高很快, 在中压电力系统中已可直接应用, 经适当的串并联后甚至可用到高压、超高压系统。柔性交流输电系统(FACTS) 在这种背景下日益完善。固态短路限流器作为FACTS 组件成员之一, 不断涌现出来，EPR I 提出的固态限流器主要由一组反并联的GTO 与限流电感L 并联组成, 正常运行时GTO 常通, 将限流电感短接; 一旦发生短路, 在短路电流达到第1 个峰值前迅速将GTO 断开, 使电感L 插入短路回路以限制短路电流。这种限流器不仅要求使用昂贵的GTO , 而且要求保护电路具有极快的响应速度; 同时, 由于GTO快速截断数值远大于额定值的短路电流而使之转移至限流电感L 中, 将引起极大的及, 因此, 必须另外采取有效措施以抑制由它所产生的高压及附加振荡, 以免危及系统绝缘与安全。此外, 这种限流拓扑只能与固态断路器(SSCB) 结合, 否则由机械式断路器断开, 存储在L 中的数值较大的短路电流同样会激发极大的暂态振荡和过电压。虽然固态断路器和固态短路限流器在元器件可靠性、耐压、耐冲击电流、耐大电流变化率、耐高电压变化率等方面有很多经验值得借鉴，但是，还不能将其直接应用在快速断电开关之中，必须进行新的研究和探讨。新研制的一种快速断电开关的原理图如下。图4.3 中性点开关电气原理图（范文素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）