直流电流没有天然过零点，于是开断直流短途电流比开断换取短途电流更为清贫。西安西电高压开闭有限仔肩公司的侯彦杰、贺幼瑞、刘伟、孙玉晨、陶斐正在2024年第5期《电气本领》撰文先容一种基于磁耦合电流搬动道理的中压10kV直流断途器拓扑计划，该断途器可告竣对15kA直流电流的迅速开断。最先，对直流断途器道理和限定逻辑实行先容；然后，依据拓扑计划提出迅速机器开闭、电力电子开闭、磁耦合装配等重心部件的打算思绪；结尾，搭修仿真模子对该计划实行仿真了解，模仿分别工况下的开断环境，仿真结果验证了该计划的有用性。

　　近年来，古板能源向可再生能源过渡渐渐成为环球边界内能源周围改变的厉重趋向。柔性直流输电本领因其可独立限定有功功率和无功功率、可向无源收集和弱电网供电、无换相腐朽题目、不需求无功补充等便宜，已成为管理新能源并网、落实“双碳”方向告竣的厉重途径之一。

　　直流断途器动作构修直流配电网必不成少的环节修设，起着闭合、承载和开断直流体例中运转电流的感化，并能正在规矩的年光内闭合、承载和开断直流体例障碍电流，是直流体例的厉重修设之一，对预防障碍边界扩张有厉重意思。因为直流电流没有天然过零点，无法采用换取断途器成熟的灭弧本领，同时直流体例中感性元件等积聚着重大的能量，使直流障碍电流的开断难度很大，于是直流开断本领被公以为近百年来学术界和工业界的本领困难。

　　服从开断道理的分别，直流断途器可分为基于老例开闭的机器式直流断途器、基于电力电子器件的固态直流断途器及两者联络的夹杂式直流断途器。机器式断途器的使命道理为通过创设人为电流过零点来达成直流开断，开断容量大，但其开断年光较长。

　　固态断途器的接通与开断均由动作主开闭元件的全控型功率半导体器件来告竣，拥有开断速率速（ms级）、开断时不发生电弧的特色，弊端方在于通态损耗很高，机闭和限定杂乱，造价腾贵，需管理均压、均流和冷却等题目。

　　夹杂式直流断途器由迅速机器开闭和电力电子开闭组件并联构成，联络了机器式直流断途器精良的静态特征和全固态直流断途器迅速开断的动态特征，弊端方在于需摆设电流搬动装配，同样存正在限定繁琐、造价较高的题目。

　　夹杂式直流断途器因能两全迅速开断和低通态损耗、可控性强、可迅速重合闸等上风，成为直流断途器本领咨议的首要宗旨。本文提出一种基于磁耦合搬动道理的10kV直流断途器，可开断15kA短途电流。

　　10kV直流断途器采用磁耦合搬动的换流本领，担保电流搬动经过的迅速性和牢靠性，且通态损耗险些为零，其拓扑机闭如图1所示，蕴涵主岔途、搬动岔途和耗能岔途。图1中，K为迅速机器开闭，G为真空接触器，VD为桥二极管，VT为绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolar transistor, IGBT）器件，MOV为避雷器，MICCM为磁耦合装配。

　　主岔途由迅速机器开闭构成，用于导通直流体例负荷电流。搬动岔途由电力电子开闭和磁耦合装配串联构成，电力电子开闭由多组电力电子单位串联构成，用于经受短途电流，并开断短途电流。搬动岔途拥有自闭断本领，并能担当体例直流电压及闭断直流电流后发生的电压抨击。耗能岔途MOV用于局限电力电子模块正在闭断电流时发生的过电压和吸取开断直流电流后回途电抗所存储的能量。当短途电流消浸到渣滓电活举措阈值时，真空接触器断开，直流障碍被彻底废除、分隔，断途器的所有举措经过已矣。

　　（1）当直流断途器正在平常运转状况时，迅速机器开闭处于合闸状况，电力电子开闭处于闭断状况，磁耦合装配中的电容预充至设定电压，真空接触器处于合闸状况，如图2（a）所示。

　　（2）当直流断途器接管到开断指令时，直流断途器限定器即刻向迅速机器开闭、电力电子开闭和磁耦合装配发出举措号召，迅速机器开闭、电力电子开闭和磁耦合装配接管到举措号召后同时举措。迅速机器开闭接管到举措号召后，触发斥力机构实行分闸操作；电力电子开闭接管到举措号召后，触发导通；磁耦合装配接管到举措号召后，触发晶闸管导通，预充电电容放电正在耦合线圈的一次侧发生电流，此时正在耦合线圈的二次侧感受出电压；正在磁耦合装配的电压感化下，电流由主岔途搬动至搬动岔途，如图2（b）所示。

　　（3）电流搬动达成后，迅速机器开闭断开，电流一切通过搬动岔途流畅，搬动岔途坚持导通直至迅速机器开闭断口创造牢靠绝缘，如图2（c）所示。

　　（4）当迅速机器开闭断口介质绝缘收复后，直流断途器限定器向电力电子开闭发出闭断号召，电力电子器件闭断后发生的过电压使MOV导通，体例能量通过MOV耗散，如图2（d）所示。

　　（5）上述经过达成后，直流体例还存正在微量渣滓电流，限定真空接触器分闸，直流障碍被彻底废除、分隔，断途器的所有分闸经过已矣。

　　直流断途器未参加运转时，迅速机器开闭处于分闸状况，电力电子组件处于闭断状况，磁耦合装配中的电容预充至设定电压，真空接触器处于分闸状况，直流断途器两头为体例电压。直流断途器的实在闭合经过如下：

　　（1）当直流断途器接管到闭合指令时，直流断途器限定器向真空接触器发出合闸号召，线）待真空接触器合闸达成后，直流断途器限定器向电力电子开闭发出合闸号召，触发导通，体例电流流经搬动岔途。

　　（3）搬动岔途流畅体例电流的年光到达直流断途器限定器设定年光，确认体例无短途障碍后，直流断途器限定器向迅速机器开闭发出合闸号召，迅速机器开闭合闸。

　　（4）迅速机器开闭合闸达成后，体例电流从搬动岔途搬动到主岔途，搬动达成后直流断途器限定器向电力电子开闭发出闭断号召，所相闭合经过达成。

　　直流断途器平常运转状况下，电流从主岔途的迅速机器开闭流过，磁耦合装配中的一次侧电容维系预充电状况，搬动岔途无电流流过。

　　当直流体例爆发短途障碍或停电检修时，直流断途器接管到控保装配的分闸号召后，入手践诺如下分闸操作：

　　（5）延时t2，恭候迅速机器开闭的触头间介质绝缘收复到足够耐受体例过电压后，进入程序（6）。

　　（7）延时t3，时候鉴定是否接管到重合号召，若延时达成则进入程序（8），时候若收到重合号召则直接跳入直流断途器的合闸程序践诺合闸操作。

　　当直流体例需求实行带电运转或袒护分闸后实行重合操作时，直流断途器接管到控保装配的合闸号召后，入手践诺如下合闸操作：

　　（5）延时t5，时候鉴定是否接管到分闸号召，若延时达成则进入程序（6），时候若收到分闸号召则直接跳入断途器的分闸程序践诺分闸操作。

　　磁耦合搬动道理10kV直流断途器主岔途采用迅速机器开闭担当额定电流，平常使命损耗幼，短时耐受本领强，拥有精良的静态使命特征；搬动岔途电力电子开闭模块采工拥有开断电流大、机闭紧凑、导通损耗低等特色的电力电子器件，拥有精良的动态使命特征。

　　电磁斥力机构是运用涡流道理修造的一种迅速操作机构，二次限定回途中的分闸、合闸电容会预充必定电压，当直流断途器收到分闸指令时，限定回途平分闸开闭导通，分闸电容向斥力机构平分闸线圈放电，分闸线圈中会发生脉冲电流，正在脉冲电流的感化下，金属盘中感受出涡流并发生电磁斥力，带头传动杆和机器触头运动，从而告竣直流迅速机器开闭的迅速分闸。

　　为了告竣对15kA短途电流的双向闭断，采用二极管桥式电途机闭构成根基模块，而且每级操纵两只器件并联，以担保牢靠的短途电流闭断本领，单级电力电子模块机闭如图5所示。因为搬动达成后，电力电子开闭需求耐受开断过电压，单个电力电子器件无法经受，于是需求多个器件串联。依据体例额定电压和过电压秤谌央浼，并研商器件操纵恶果和裕度，采用6级模块串联组成电力电子开闭。

　　磁耦合装配是告竣电流迅速搬动的重心模块，其特征对待开断经过至闭厉重。磁耦合装配打算的难点表现正在三个方面：①需求牢靠耐受过电压；②需求体积紧凑、电流搬动恶果高；③可继续发生反向电压。

　　感受耦合电能传输的根基道理与日常变压器仿佛，但又有底子的区别，磁耦合装配性质上是一种容量幼、体积幼、电压比大的变压器，上、下两个线圈辨别为其一、二次侧，一次电感和二次电感没有直接的电联络，通过磁耦合达成能量传输。一、二次线圈辨别嵌套正在死心分别侧，正在一次线圈表接预充电电容器，当模块接管到搬动指令时，触发电容器对线圈放电，二次线圈通过感受出反向电流强迫短途电流向磁耦合装配搬动，达成短途开断。

　　磁耦合装配耦合线圈采用平板脉冲变压器机闭实行打算，上层线圈动作高压侧接入夹杂式直流断途器的搬动岔途，基层线圈动作低压侧与预充电电容和晶闸管等连绵成回途。磁耦合装配耦合线所示，磁耦合线 磁耦合装配耦合线 磁耦合线圈参数

　　为了告竣电流迅速搬动，需求确保耦合线圈低压侧导通放电时，高压侧耦合发生的感受电流峰值大于预期短途电流，而且电流频率不行过高，避免电流截止时爆发断口过电压击穿。依据对磁耦合装配的了解，提升线圈间的耦合系数和低压侧电容的充电电压，有利于提拔电流搬动本领。分别充电电压下电流的搬动本领见表2，电流搬动本领波形如图7所示。

　　夹杂式直流断途器正在平常运转状况时，迅速机器开闭处于合闸状况，电力电子组件处于闭断状况，磁耦合装配电容通过分隔供能变压器预先充有初始电压。分断15kA短途电流的实在经过如下：

　　1）体例爆发障碍，短途电流上升，断途器检测到控保装配发出闭断信号时，直流断途器限定器即刻向迅速机器开闭发出分闸号召。图7 电流搬动本领波形

　　2）迅速机器开闭、搬动岔途和磁耦合装配接管到举措信号后同时举措。迅速机器开闭接管到触发信号时，触发高速机构举措拉开；磁耦合装配接管到信号时，磁耦合搬动回途中晶闸管导通，预充电电容放电，正在回途中发生电流，互感器一次侧感受出电压；搬动岔途接管到信号时，触发电力电子组件导通，正在磁耦合搬动模块的电压感化下，电流由迅速机器开闭搬动至搬动岔途。

　　3）电流搬动达成后，迅速机器开闭断开，电流一切通过搬动岔途流畅，搬动岔途坚持导通恭候断口创造牢靠绝缘。

　　4）当断口介质绝缘收复后，限定电力电子组件闭断，过电压使MOV导通，体例能量通过MOV耗散，达成所有开断经过。

　　短途电流分断仿线所示，采用直流电源的办法。分断15kA体例短途电流与开断过电压的仿线ms，全电流开断年光＜10ms，直流断途器端间暂态收复电压峰值为18.1kV，直流断途器端间避雷器举措并吸取能量296kJ。

　　试验前，间隙GP未触发，辅帮开闭 AB 1 、试品主岔途开闭To为分闸状况。 当实行短途电流开断试验时，辅帮开闭AB1合闸，试品主岔途开闭To合闸，电容 C s 预充至指定电压； 触发间隙GP使其导通，服从扶植好的时序，电容Cs向试品放电，试品开断电流； 试验达成后，开释试验体例渣滓能量，辅帮开闭AB1、试品主岔途开闭To分闸，打算下次开断试验。

　　分别工况下的分断试验波形如图11所示，蕴涵短途电流分断、额定电流分断、500A幼电流分断和200A幼电流分断。参考干系试验准绳，界说直流断 途器截流年光为分闸入手光阴与电流入手消浸光阴之间的年光间隔，分断电流为开闭电器实行分断经过中的最高电流。 试验结果见表3。图11 分别工况下的分断试验波形表3 试验结果

　　本文先容了一种基于磁耦合电流搬动道理的直流断途器，其机闭特色有：主回途采用迅速机器开闭担当额定直流，平常使命时损耗很幼，短时耐受本领强，断途器静态使命特征好，避免了古板的夹杂式直流断途器额定通流损耗高、水冷装配杂乱的题目；运用磁耦合搬动装配来搬动主回途机器断口电流，搬动速率速，电流搬动本领强，避免了古板预充电电容需求永远带高电压导致的运转牢靠性较低、本钱高、体积大的题目。

　　本使命功劳宣布正在2024年第5期《电气本领》，论文题目为“一种基于磁耦合搬动道理的10kV直流断途器”，作家为侯彦杰, 贺幼瑞, 刘伟, 孙玉晨, 陶斐。

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