庞博 贾龙
（西安西电电气研究院有限责任公司 西安 710075）
摘要：随着高压输配电技术的迅速发展，高压直流输电以其独特的优势得到了广泛的重视和应用。与高压交流输电相比，高压直流输电具有输电线路建设费用低，功率调节简单，可靠性高，输电损耗小等优点，适用于特、超高压、远距离、大容量输电。柔性直流输电是基于电压源换流器的高压直流输电，它相比于传统直流输电技术，其主要优势表现在：没有无功补偿问题；无换相失败问题；可以为无源系统供电；可同时独立调节有功功率和无功功率等。目前中国相继建成多条柔性直流输电线路并投入运行，投入运行的高压直流输电系统多用于点对点的输电系统。
关键词：高压；直流断路器；试验技术
引言
随着高压直流输电技术的不断发展，高压直流断路器使多端直流输电网的建设成为可能，使高压直流输电技术的发展趋向成熟。在直流输电系统中，采用高压直流断路器来开断直流短路故障电流已成为一种趋势。由于直流系统电流没有过零点，无法应用交流断路器的灭弧技术来开断直流电流。本文主要分析了高压直流开断技术相关内容。
1高压直流开断技术
1.1无源型直流断路器
无源型直流断路器的拓扑原理图见图1，电流转移支路由电容C和电感L组成，能量吸收支路由避雷器MOV构成。
图1 无源型直流断路器原理图
开断直流电流时，机械开关CB分闸，产生电弧，在CB断口两端建立起电弧电压，电流转移支路与机械开关CB并联，电流转移支路中的电容的电压与电弧电压相同，当机械开关CB分闸过程中，电弧电压逐步变小时，电容C通过电抗器L对CB放电形成高频电流，该高频电流与直流电流共同作用，形成很多高频电流过零点（4000～8000Hz），机械开关CB在某一个高频电流零点开断，CB两端恢复电压逐步上升，当上升至避雷器MOV的动作电压后，避雷器MOV动作，吸收能量，完成一次直流开断。无源型直流断路器结构和控制过程简单，要依赖于间隙电弧的不稳定性和电弧的负阻特性而产生电流过零点，其开断能力和开断时间与电流转移支路的电容C和电感L参数配合有很大关系，需要有较好的配合。通常无源型直流断路器的燃弧时间较长，电弧电压较高。其中机械开关CB一般采用电弧电压较高的SF6断路器。无源型直流断路器目前主要应用于直流输电系统中的金属回线转换开关（MRTB）、大地回线转换开关（GRTS）、中性点母线开关（NBS）、中性点母线接地开关（NBGS）。目前国内已相继研制出±500、±800、±1100kV直流转换开关（无源型直流断路器），并已投入使用。
1.2有源型直流断路器
有源型直流断路器的拓扑原理图见图2，电流转移支路由电容C、电感L和换流开关Q组成，能量吸收支路由避雷器MOV构成。
图2 有源型直流断路器原理图
电流转移支路中的电容依靠外部电源充电至一定数值的电压（该电压与反相电流的参数配合有关），开断直流电流时，短路直流电流流过机械开关CB，机械开关CB分闸，触头分开产生电弧，同时换流开关Q接到触发指令进行合闸，电容C通过电感L产生高频电流（4000～8000Hz），与直流短路电流共同作用流过机械开关CB，两个电流方向相反，相互叠加产生过零点，机械开关CB在电流零点开断。恢复电压加在机械开关CB触头两端，并迅速升高，当升至避雷器MOV的动作电压时，避雷器MOV动作，电流转移至能量吸收支路，完成一次直流开断。有源型直流断路器设备较多，控制复杂。产生反相电流的机理与弧压无关，主要依赖于反相支路本身参数的配合，由于反相电流自身能够产生很高的高频振荡电流，易于机械开关CB开断。换流开关Q的可靠性要求很高，对于机械开关CB的分闸速度和分闸时间要求很高，以实现高速直流电流开断，因此对机械开关的操作机构有很高的要求。有源型直流断路器能够应用到柔性直流输电和高压多端直流输电系统，目前国内已经研制出160、320kV有源型高压直流断路器，可实现高速直流开断，但都仅限在试验室实现，尚未在直流输电系统中挂网运行。
2直流断路器的试验技术
2.1直流断路器吸能回路避雷器的能量释放试验
该试验目的是验证避雷器的能量释放能力。在能量释放试验之前，应该完成雷电冲击电流（8/20μs）残压试验。试验按照等效输电线路放电试验进行。在验证整只避雷器的能量耐受能力的时候，试品注入能量应以设计最大偏差电流与避雷器比例单元实测电流值之比进行增大。放电时间应尽可能长，但不能超过设备规范中规定的转换时间。如果在要求的电流下一次电流冲击不足以释放总能量，则试验应选用更大的电流以满足这一要求。对于MRTB和ERTB中配用的避雷器，能量释放试验应该以3次冲击为一组进行。每组中各次能量冲击间隔时间不能超过60s，每组之间时间间隔应该足够长以使试品冷却到环温。试验应进行200次。为了缩短试验时间，允许采用试验能量增大20％而试验次数减少一半的试验方式。
2.2直流断路器的电流转换试验
各种类型的高压直流断路器均需要将故障电流在不同特性的回路中进行次甚至多次换流，以实现电流的分断。换流方式的可靠性从根本上决定着断路器分断的可靠性，而换流时间也是影响分断时间的重要因素。利用全控型器件快速阻断回路是目前比较理想的换流方式，但全控型器件成本较高，并且目前针对500kV/3000kA柔性直流输电系统的直流断路器应用，已达到了全控型器件的承受极限。如果全控型器件参数没有大的提升，更高分断容量的直流断路器将不得不采用其他器件（或设备）及相应的换流方式。比较典型的换流方式还有弧压自然换流、反向注入电流强迫换流等。此外，在分断过程中通过逐级换流串入避雷器来限制电流上升率，可在分断时间不变的情况下，降低电流峰值。
3结语
目前国内已有多家厂家研制出高压直流断路器，文中主要介绍机械式高压直流断路器的试验方法和试验技术，旨在为高压直流断路器的研制提供技术支持。
参考文献：
[1]徐政.柔性直流输电系统[M].北京：机械工业出版社，2012：1-10.
[2]何俊佳.直流断路器发展综述[J].南方电网技术，2015，9（2）：9-14.
[3]马元社.等高压直流断路器振荡回路特性[J].南方电网技术，2011，5（3）：10-13.
论文作者:庞博,贾龙
论文发表刊物:《河南电力》2018年7期
论文发表时间:2018/9/12
标签：断路器论文; 电流论文; 高压论文; 无源论文; 避雷器论文; 电弧论文; 电压论文; 《河南电力》2018年7期论文;