直流断路器短路开断仿真与实验研究

作     者：孙攀磊 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：段雄英

授予年度：2016年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：直流输电 直流断路器 电流转移原理 Mayr电弧模型 仿真分析 

摘      要：近年来,随着电网的智能化,直流输电系统的研究热度逐渐升高。在高压领域,直流系统有着交流系统无法比拟的优点;低压领域,船舶、地铁、城市轻轨等方面直流系统应用广泛。为了提高直流输电的灵活性,直流输电网络迫切需要由两终端向多终端发展。然而,承载着控制与保护双重任务的核心组件—高压直流断路器的研究仍属于技术瓶颈,解决高压直流短路开断问题意义重大。本文通过对直流系统进行简化处理,理论分析,了解直流开断的实质和难点,总结直流开断的方法与策略。对比现有直流开断方法：吹弧法、电流转换法、自激振荡法及电流转移法,分析其优缺点,选定电流转移法作为本文研究的指导理论。基于电流转移法的直流断路器具有开断容量大,受工况影响小等优点,现阶段应用最为广泛。本文对基于电流转移的直流开断各阶段进行理论分析,确定系统电流的数学表达式,为断路器参数选取提供理论指导。为了开断直流故障电流,本文以电流转移原理为基础,提出了一种基于联动的新型断路器结构,应用一个机构同时操作三个真空灭弧室,实现了主电路分闸、转移电流投入和充电电路切除的同步操作。具有动作快、可靠性高、系统控制简单等多个优点,通过调节拉杆长度和拐臂摆角,实现在要求的开距下投入转移电流,投入时间更为精确,分散性小。为直流断路器的设计提供了一个新的研究方向。本文利用ATPDraw仿真软件搭建直流开断系统模型,仿真验证所设计直流断路器的可行性。通过对不同换流回路参数的仿真分析,探求换流回路参数对真空开关开断特性(di/dt*dv/dt)的影响,为转移回路参数的优化方案及缓冲回路的参数选取提供指导方向。最后,本文研制了15kV/10kA的直流断路器样机,利用LC振荡电路模拟直流短路故障电流,对直流断路器样机进行了开断实验。结果表明,所设计样机能够满足设计的开断容量要求。