高壓直流斷路器試驗技術(shù)研究分析

邢桐

摘要：高壓直流電網(wǎng)相對于傳統(tǒng)交流電網(wǎng)具有顯著優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)多能源供電、多落點受電，是一種非常靈活的輸電方式，同時配合現(xiàn)有的電子信息技術(shù)，能夠在未來城市智能電網(wǎng)工程中發(fā)揮巨大的優(yōu)勢。高壓直流斷路器作為解決高壓直流輸電常見故障最有效、最直接的方式，必定有著巨大的發(fā)展前景。此外，相對于國外的技術(shù)而言，我國的直流斷路器還需進一步改善。

關(guān)鍵詞： 高壓直流;斷路器;試驗技術(shù);應(yīng)用分析

引言：高壓直流電相對于傳統(tǒng)的交流電具有很大優(yōu)勢。從能源角度講，高壓直流電更適應(yīng)如今世界能源的走向及發(fā)展趨勢，尤其對于以煤炭發(fā)電為主要發(fā)電方式的我國具有極為重要的意義。然而，高壓直流電存在諸多問題，其中對于高壓直流電推廣最嚴(yán)重的阻礙是故障電流擴散，而高壓直流斷路器是目前解決此故障最有效和成熟的方式。

1.高壓直流斷路器的技術(shù)原理

高壓直流斷路器是為了解決直流電流故障擴散應(yīng)運而生的產(chǎn)物。高壓直流斷路器的主要作用是對高壓電網(wǎng)的開斷，尤其是在高壓電網(wǎng)出現(xiàn)故障時及時斷電。它主要根據(jù)交流斷路器經(jīng)過相應(yīng)的改造而產(chǎn)生，類似于我國目前最常應(yīng)用的交流斷路器空氣開關(guān)。高壓直流斷路器主要分為3個類型——機械式、拓?fù)涫揭约盎旌鲜健ｋS著高壓直流技術(shù)的發(fā)展，對其的研究和改善越來越受到相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业闹匾暋８邏褐绷鲾嗦菲髦饕獞?yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)，依據(jù)的主要原理是迭加振蕩電流法。目前，研制比較成功的斷路器真空斷路器、六氟化硫斷路器以及產(chǎn)氣斷路器等，其中產(chǎn)氣斷路器屬于實驗內(nèi)的產(chǎn)物，目前并不適用于大規(guī)模推廣。真空斷路器和六氟化硫斷路器是目前應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的斷路器，基本已經(jīng)壟斷我國的斷路器市場。

2.高壓直流斷路器的技術(shù)現(xiàn)狀分析

隨著電子技術(shù)的不斷革新，高壓直流斷路器不斷發(fā)生迭代。在高電壓、大電流的應(yīng)用場合中，通常根據(jù)不同的需要將電子器件串聯(lián)以提高抗壓能力，或者將電子器件并聯(lián)以提高其分流能力，從而從根本上提高其對高電壓、大電流場合的適應(yīng)能力。此外，為了解決電路幅度過大對斷路器的開斷能力產(chǎn)生影響，從滅弧能力、滅弧材料等方面提供了策略。首先，從研究直流電弧的特性出發(fā)，只有充分了解直流電弧的特性，才能避免其產(chǎn)生更大的傷害，并以此為出發(fā)點制造出滅弧能力更強、滅弧速度更快的斷路器。其次，采用包含機械開關(guān)和電力電子器件的結(jié)構(gòu)，通過合理把握開斷時間來設(shè)定合適的開關(guān)順序，以使機械開關(guān)實現(xiàn)在極小的電流甚至零電流下開斷，從而成功解決以上問題。

3.高壓直流斷路器試驗技術(shù)研究

3.1主支路閥組的電流應(yīng)力試驗

主支路閥組是高壓直流斷路器最重要的工作場景之一。大部分的高壓直流斷路器都會服役在高壓直流電網(wǎng)的主支路上，而主支路閥組的電流應(yīng)力是影響高壓直流斷路器工作效果和穩(wěn)定性的主要因素之一。所謂電流應(yīng)力，通俗而言就是電路上的相關(guān)設(shè)備及電子元器件所能夠承受的電流量的大小。不同的電流值會產(chǎn)生不同的效果，除了電子元器件自身的電阻之外，電流值將會影響到電路作用于不同電子元器件的電壓值。不同的電子元器件所能承受的電壓值有所不同，如果不能對所承受的電壓值和電流值進行準(zhǔn)確測量，將會導(dǎo)致斷路器的提前損毀。高壓電網(wǎng)的斷路器維修成本很高，經(jīng)常性維修或更換顯然不能滿足正常的供給需求。

3.2快速機械開關(guān)動態(tài)沖擊試驗

目前，真空高壓直流斷路器能夠滿足我國高壓直流電網(wǎng)的需求，沒有根本上的缺陷，因此暫時沒有進一步技術(shù)突破的必要。但是，可以通過不同的試驗進一步提高高壓直流斷路器的性能，使之能夠在實際應(yīng)用中有著更好的表現(xiàn)。快速機械開關(guān)動態(tài)試驗是為了驗證高壓直流斷路器在高強度工作下的穩(wěn)定性和它的使用壽命。隨著時間的推移和應(yīng)用次數(shù)的增加，高壓直流斷路器會由于電子元器件的老化和性能縮減導(dǎo)致壽命降低?？焖贆C械開關(guān)動態(tài)試驗，能夠在很大程度上測量出高壓直流斷路器的實際應(yīng)用壽命。此外，通過對試驗結(jié)果的分析，可以進一步改進高壓直流斷路器，尋找更耐用的材料，采用更多的技術(shù)改進，以此不斷提高其在快速機械開關(guān)動態(tài)沖擊試驗中的表現(xiàn)，提高高壓直流斷路器的使用壽命，對高壓直流斷路器的推廣具有重要作用。因為高壓電網(wǎng)的特殊地理位置，導(dǎo)致高壓直流斷路器的裝卸存在很多障礙。如果能夠延長高壓直流斷路器的使用壽命，降低高壓直流斷路器的更換頻率和維修頻率，對于一些高原、山區(qū)等地區(qū)的電力普及穩(wěn)定供應(yīng)幫助巨大[3]。

3.3額定電流和短路電流開斷試驗

通過主支路閥組的電流應(yīng)力實驗，能夠獲得一些重要的數(shù)據(jù)，有助于相關(guān)工作人員確定高壓直流斷路器的參數(shù)。這些參數(shù)的確定將會在很大程度上決定斷路器所能通過的最大電流值。但是，在日常使用過程中不能以這種會對電子元器件有損害的方式工作，而是應(yīng)該使用更合理的額定電流。由此可知，關(guān)于電路的額定電流的測定非常必要。如果額定電流測試準(zhǔn)確，將會在很大程度上保證電路的正常工作，從而減少斷路器的檢修次數(shù)。對一定規(guī)格的高壓直流斷路器進行處于極限電流值之內(nèi)的不同電流的試驗，通過試驗時間、試驗強度等相關(guān)參數(shù)的對比，以及設(shè)定額定電壓等值作為參考，能夠在最大程度上推斷所適合的電流，然后將不同規(guī)格的高壓直流斷路器應(yīng)用于合適的場所，以保證最大的工作效率。短路電流的開斷試驗是試驗的重要內(nèi)容之一，因為高壓直流斷路器發(fā)揮作用時很大概率是在短路條件下。常見的一些自然災(zāi)害如風(fēng)雪雷電，都有一定概率引發(fā)電路短路。同時，由于電網(wǎng)的部分元器件老化、檢修不及時或者其他人為因素等都有可能導(dǎo)致此類事件的發(fā)生，如果電路長時間處于

短路狀態(tài)，很容易引起火災(zāi)，損壞重要元器件，甚至發(fā)生人觸電死亡等重大的事故災(zāi)害。而高壓直流斷路器是最重要最有效的預(yù)防此類事件發(fā)生的手段，斷路器在短路狀態(tài)下的表現(xiàn)將會直接影響斷電的效果，因此測試斷路器在短路條件下的性能十分必要，可以以此測試高壓直流斷路器的可靠性，為后續(xù)的改進和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

結(jié)束語

綜上所述，高壓直流斷路器利用電力電子器件開斷直流回路，快速清除直流故障，對柔性直流翰電系統(tǒng)的穩(wěn)定、經(jīng)濟運行具有重要作用。現(xiàn)階段，高壓輸電技術(shù)的不斷在發(fā)展，高壓輸電技術(shù)在電力領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。與高壓交流輸電比較而言，直流輸電具有功率調(diào)整簡單、輸電損耗小、可靠性高等特點，在大容量、遠(yuǎn)距離輸電情況下有較好適用性。一旦因為電流幅值大而導(dǎo)致斷路器沒有發(fā)揮作用，就會失去自動斷開電路最好的時機，往往造成不可估量的后果。為了充分發(fā)揮高壓直流輸電技術(shù)應(yīng)用價值，需要加大其試驗技術(shù)的研究，促使該技術(shù)能有效應(yīng)用在輸電系統(tǒng)中，并且在斷路器的作用下，實現(xiàn)多端直流輸配電網(wǎng)的良好建設(shè)。

參考文獻

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