浅析高压直流断路器关键技术
高压直流断路器的研究简述
高压直流断路器的研究简述文章综述了高压直流断路器的研究背景和应用现状，简要介绍了高压直流断路器在高压直流输电中的作用；高压直流断路器的主要性能指标以及高压直流断路器的种类及其原理结构；高压直流断路器灭弧方式的物理设计，重点说明了高压直流断路器的开断原理；对高压直流断路器进行了分类，并介绍了世界先进水平的高压直流断路器；总结了现今高压直流断路器研究的技术难题和未来的发展方向。
标签：高压直流输电；高压直流断路器；开断原理1 概述高压直流（HVDC）输电系统是由整流器、高压直流输电线路以及逆变器组成，其中整流器和逆变器统称为换流器。
从结构上看，高压直流输电是交流-直流-交流形式的电力电子换流电路[1]。
自从1954年瑞典哥特兰的世界上第一项高压直流输电工程投运以来，高压直流输电技术已经随着电力电子技术的突飞猛进而飞速发展[2]。
高压直流输电系统主要有两个作用[3，4，5]：一是将频率不同或频率控制策略不同的交流系统联接起来；二是增长输电距离以及增大输电容量。
我国现有的特高压直流示范工程有三个，分别是南方电网公司的云广±800kV 特高压直流输电示范工程，国家电网公司的向上±800kV特高压直流输电示范工程和锦苏±800kV特高压直流输电示范工程。
与交流输电比较，直流输电主要有以下优点：输电损耗小、线路造价低；电压压降小；直流输电不要求与电网同步；可分期建设，提高投资效益[7]。
高压直流输电工程的结构中，直流断路器是至关重要的设备之一。
研制高压直流断路器主要需要突破三个难点[8，9]：一是直流输电电流没有过零点，增加断路器的灭弧的难度；二是直流输电回路的电感很大，而需要开断的电流往往也很大，导致直流断路器需承受巨大的能量；三是直流输电的过电压高。
2 高压直流断路器的基本构成和开断原理2.1 高压直流断路器的基本构成开断直流电流一直是高压直流输电系统中的重大难题之一。
主要原因是直流电流没有自然过零点，必须强迫电流过零才能熄弧。
混合式高压直流断路器关键技术研究
Telecom Power Technology设计应用技术 2023年5月25日第40卷第10期· 35 ·Telecom Power TechnologyMay 25, 2023, Vol.40 No.10祝友成：混合式高压直流断路器关键技术研究路器中几个关键参数之间的关联，如电压与电流间的关系。
由能量守恒定律可知，电弧现象模型可表示为loss d d qe i P t=⋅− （1）式中：d q /d t 为单位长度时，电弧中能量变化率；e ·i为电弧单位长度时所输入的功率；P loss 为电弧单位长度时所释放能量。
电弧模型可表示为22c 2c d ln 1d u u g t u τ−=（2）式中：g 为电弧的电导；τ为时间常数；u 为电弧电压；u c 为电弧电压常量。
通过式（1）与式（2）可知，电弧电压、电弧电导、电弧电压常数与时间常数之间的关系。
对于高压直流输配电系统，此模型可准确描述电弧的外部特性，对于研制机械式高压DCCB 具有指导意义。
2 固态高压DCCB 关键技术固态高压DCCB 主要由电力电子器件构成。
然而高压直流输配电系统的容量较大，单个电力电子器件的额定电压、额定电流不能满足要求。
因此，需采用电力电子器件串并联实现增加固态高压DCCB 的额定电压与额定电流。
由于电力电子器件制造时存在参数差异以及性质差异，其串并联时，将导致分压不均与分流不均问题。
2.1 串联分压不均原因以绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor ，IGBT ）为例，共有2种工作过程，分别为静态过程与动态过程。
IGBT 共有4种工作状态，分别为关断过程、开通过程、导通过程以及阻断过程。
IGBT 的静态过程-导通过程中，其压降较低，各器件的压降不同时也可正常工作。
而阻断过程中，IGBT 的漏电流、阻断阻抗分布不均，IGBT 器件的分压不均，将导致部分IGBT 两端的电压超过额定电压，进而损害器件，因此在阻断过程中需采用均压策略。
高压直流断路器的研究(结课大作业)
摘要高压直流（HVDC）电网是解决可再生能源大规模接入的重要途径。
发展高压直流电网对大规模电能的远距离输送、促进新能源的并网及消纳、提高区域交流互联电网的安全稳定性具有重要意义。
而高压直流断路器是直流电网发展的瓶颈问题。
本文分析了高压直流电网对高压直流断路器的需求；介绍了各种直流断路器的主要性能、基本构成、开断原理等。
关键词：高压直流输电，直流断路器，MRTB，ERTB，NBS，NBGS前言随着传统化石能源短缺和环境污染问题的不断加剧，以及风电、太阳能等可再生清洁能源的迅速发展，能够实现间歇式可再生能源大规模接入的多端高压直流输电系统，及其向HVDC电网方向的发展，越来越受到世界各国的关注。
2008 年，欧洲提出超级智能电网(super grid)规划，旨在充分利用可再生能源的同时，实现国家间电力交易和可再生能源的充分利用；2011 年，美国提出了2030 年电网构想(Grid 2030)，即美国未来电网将建立由东岸到西岸、北到加拿大、南到墨西哥，主要采用超导技术、电力储能技术和更先进的直流输电技术的骨干网架。
中国风力资源丰富地区主要集中在东北、华北、西北等区域。
但这些地区大多负荷水平较低、调峰能力有限，大规模风电就地利用困难，需要远距离大容量输送，并在大区以至全国范围内实现电量消纳。
这对中国发展HVDC电网技术提出了迫切的需求。
随着HVDC 输电技术向HVDC 电网的发展，对整个系统的可靠性和稳定、安全运行也提出了更高的要求。
其中所面临的巨大挑战就是HVDC 电网中短路电流的开断问题。
与交流系统相比，HVDC 电网中时间常数小，短路电流上升速度快，同时造成直流电压的跌落，甚至引起换流器和短路电流的失控，而且直流电流由于缺乏自然过零点而难以开断。
能够实现快速切除或隔离短路故障的高压直流断路器已成为HVDC 电网发展的瓶颈问题。
一、直流电网发展对高压直流断路器的需求随着直流输电技术向HVDC电网的发展，对整个系统的可靠性和稳定、安全运行也提出了更高的要求，其中所面临的巨大挑战就是HVDC 电网中短路电流的开断问题，这对高压直流断路器的研究和开发提出了非常迫切的需求。
高压直流断路器及其关键技术
高压直流断路器及其关键技术随着电力系统的不断发展，高压直流断路器在保护电力系统安全运行方面发挥着越来越重要的作用。
本文将详细介绍高压直流断路器的背景、概述、关键技术以及应用领域，帮助读者更好地了解这一重要技术。
高压直流断路器是直流输电系统中不可或缺的一部分，主要作用是在系统发生故障时迅速切断电流，保护电力系统免受损坏。
随着直流输电技术的广泛应用，高压直流断路器的性能和可靠性成为了影响整个电力系统安全运行的关键因素。
高压直流断路器是一种能够在大气压或更高电压下切断直流电流的开关设备。
其基本原理是通过强制换流或机械开关的断开来实现电流的切断。
高压直流断路器可以根据不同的分类标准进行划分。
根据操作性质，可分为电磁操作断路器和机械操作断路器；根据断口数量，可分为单断口断路器和多断口断路器。
每种类型的断路器都有其独特的特点和适用场合。
高压直流断路器广泛应用于电力系统的各个领域，如工业、商业和家用电器等。
在这些领域中，它扮演着保护电路和防止故障扩散的重要角色。
开关技术是高压直流断路器的核心，其性能直接影响到断路器的切断能力和可靠性。
目前，常用的开关技术包括真空开关、六氟化硫开关和金属氧化物电阻器等。
保护技术是高压直流断路器的另一个重要方面。
在系统发生故障时，保护技术可以迅速切断电流，防止故障扩大。
常用的保护技术包括电流保护、电压保护和功率保护等。
测量技术是高压直流断路器的重要组成部分，能够准确检测电路中的电流、电压和功率等参数。
常用的测量技术包括电流互感器、电压互感器和功率因数表等。
控制技术是高压直流断路器的关键之一，它能够控制断路器的操作和保护动作。
常用的控制技术包括继电器、接触器和微处理器等。
在工业应用领域中，高压直流断路器主要用于保护各种工业设备，如电机、变压器和电路等。
它还可以保护工业生产过程中的各种自动化设备和流水线。
在商业应用领域中，高压直流断路器主要用于保护各种商业设施的电路和设备，如写字楼、商场和酒店等。
高压直流输电系统的关键技术研究
高压直流输电系统的关键技术研究引言：随着能源需求的不断增长和电网远距离输电的需求，高压直流输电技术逐渐成为一项备受关注的领域。
高压直流输电系统以其低损耗、远距离输送和环境友好性等优势，被普遍认为是能源输送的未来。
一、技术背景高压直流输电是一种通过直流方式将电能从发电站点远距离输送到用户终端的电力传输方式。
相比交流输电，直流输电可以有效解决输电线路的电流激励问题，减少输电线路的电阻和电感损耗，降低输电线路的电压损失，提高输电效率。
同时，直流输电还可以实现跨国、跨海洋的长距离输电，具备高度的灵活性和稳定性。
二、关键技术研究1. 高压直流输电线路设计技术高压直流输电线路的设计是整个系统的核心，直接影响着输电效率和稳定性。
研究人员需要考虑线路的电压等级、输电距离和负荷要求等因素，优化线路的导线材料、绝缘结构和接地方式等技术。
此外，还需要考虑特殊环境下的线路故障检测和故障定位技术，确保输电线路的安全运行。
2. 高压直流换流站技术高压直流换流站是直流输电系统中的重要设备，负责将交流电转换为直流电并进行控制。
研究人员需要关注换流站的换流装置、控制技术和保护装置等关键技术。
此外，为了提高系统的可靠性和稳定性，还需要研究换流站的故障检测和故障处理技术。
3. 高压直流输电系统稳定控制技术高压直流输电系统对于外部电网的扰动具有较高的敏感性，因此需要研究系统的稳定控制技术。
研究人员需要借助控制算法和智能装置，实时监控和调节系统的电压、电流和功率等参数。
此外，还需要研究系统的无功补偿和电压调节技术，以提高系统的稳定性和响应能力。
4. 高压直流输电绝缘技术高压直流输电系统的绝缘技术是技术研究的重要方向之一。
要实现系统的高效稳定运行，需要研究绝缘材料的性能和可靠性，设计合理的绝缘结构和绝缘检测技术。
此外，还需要研究高温、低温等极端环境下的绝缘技术，确保系统在各种工况下都能够正常运行。
结论：高压直流输电系统的关键技术研究对于实现长距离、大容量电力输送具有重要意义。
高压直流断路器关键技术研究分析
高压直流断路器关键技术研究分析发布时间：2023-03-17T02:08:22.289Z 来源：《中国科技信息》2022年10月第20期作者：俞正存(一作) 赵文豪吴艳[导读]俞正存(一作) 赵文豪吴艳浙江德菱科技股份有限公司；325600摘要：高压直流电路相比于传统的交流电，有着巨大优越性。
从能源视角上来讲，高压直流电路更符合如今全球能源的发展方向和趋势，特别对以燃煤发电为主要发电方式的国家来说有着至关重要的意义。
正基于此，以下对高压直流断路器试验技术研究情况进行了讨论，以供参考。
关键词：高压直流断路器；试验技术；直流输电；研究分析随着高压输电技术的迅速发展，使得高压直流输电设备在电源行业中实现了应用。
相比于传统高压交流输电技术而言，直流输电技术表现出功率因数调节简便、输电损失较低、安全性高等优点，在大规模、长距离输电的条件下也具有良好适应性。
要发挥高压直流输电技术的优势，就必须加强对其试验与关键技术的研发，使该技术能够合理地运用于整个输电体系中，并在断路器作用下，完成对多端直流输配电网络的完善构建。
一、高压直流断路器的技术原理高压直流断路器是为解决直流电流故障扩散问题应运而生的产品。
高压直流断路器的主要功能就是实现对高压电网的有效开断，特别是在当高压电网发生故障时会有效截断故障电压，其功能主要通过交流断路器进行适当的改装而形成，类似于中国目前最常使用的交流断路器空气开关。
高压直流断路器大致包括了三个种类——机械式、拓扑式和混合型，而随着高压直流技术的进展，对它的研发与改进也日益引起了有关领域专家们的关注。
目前高压直流断路器大多使用在高压直流输电系统，依据的主要原则为迭加振荡电流法。
目前，已开发的较为成熟的产品有真空断路器、六氟化硫断路器和产气断路器等，但由于产气断路器是实验内的重要产品，因此目前还不宜进行大面积普及，而真空断路器和六氟化硫断路器则是目前使用最普遍、工艺最完善的产品，几乎可以垄断全世界的断路器领域[1] 。
特高压直流输电系统最后断路器保护及关键技术分析
特高压直流输电系统最后断路器保护及关键技术分析曹丹中国能源建设集团湖南火电建设有限公司Technology analysis of Last Circuit Breaker in Ultra High Voltage Direct Current SystemCao Dan(China Energy Engineering Group Hunan Power Construction Company Limited)摘要：特高压直流输电系统以其输电容量大、送电距离远等优点，目前已成为我国主要的电能传输方式。
当直流逆变站突然切除全部交流线路时，可能导致交流侧的电压急剧升高，破坏系统稳定性。
为此，逆变站配置的最后断路器保护用于快速识别交流侧突然甩负荷的场景，并迅速切断线路与阀组之间联系，从而保障整体系统的稳定运行。
本文对最后断路器保护进行介绍，分析了最后断路器保护运行过程中的相关技术，为相关工作者提供参考借鉴。
关键词：特高压直流输电系统，最后断路器保护1 引言我国幅员辽阔，东西部能源分配极度不平衡，风、光、煤炭等自然能源储备集中分布在西部地区，而高负荷、高密度的用电需求则集中在东部平原地区。
特/超高压直流输电线路以其造价相对较低，具备大容量、远距离的送电能力，且避免了交流输电系统的功角稳定问题，是我国目前交直流混联电网的主要输电网架[1]。
实际上，目前的特/超高压直流输电线路仍然存在一些问题。
在其正常稳定运行的过程中，交流侧线路与换流阀之间的断路器维持闭合状态。
当逆变站设备发生某些故障，导致逆变站交流侧负荷突然全部丢失，即最后一条交流线路发生跳闸。
此时，由于换流母线上通常配有大量无功补偿设备，逆变器仍然继续运行，直流系统持续向逆变测输入电流，大量功率将流向无功补偿设备，从而导致交流电压急剧升高，危及一次设备的安全[2]。
随着我国特高压输电网架的迅速发展，当前的交直流混联系统结构愈加复杂。
逆变站作为特高压直流输电系统的关键核心，其交流侧的甩负荷问题不容忽视。
机械式高压直流断路器技术综述
机械式高压直流断路器技术综述发布时间：2021-03-26T15:17:14.390Z 来源：《电力设备》2020年第32期作者：雷宗昌陈午阳[导读] 摘要：与交流输配电相比，直流输配电网络不仅可以将大规模可再生能源与传统能源连接起来，充分提高可再生能源的利用率，而且还可以减少线路损耗，提高传输能力和距离，同时，解决了系统同步运行的稳定性问题。
（河南平高电气股份有限公司河南省平顶山市 467000）摘要：与交流输配电相比，直流输配电网络不仅可以将大规模可再生能源与传统能源连接起来，充分提高可再生能源的利用率，而且还可以减少线路损耗，提高传输能力和距离，同时，解决了系统同步运行的稳定性问题。
高压直流断路器技术是近年来解决直流输配电问题的热点技术之一。
关键词：机械式高压直流断路器；机械本体；机械电子从高压直流断路器的发展历程来看，可分为三类:基于机械开关的机械高压直流断路器(传统机械断路器)、基于电子器件的全固态高压直流断路器和机械直流断路器通常是在更换交流断路器后获得的，具有稳定运行、负载能力强、切断能力大、电流损耗小等优点。
一、高压直流断路器简介1.高压直流断路器的工作环境。
目前，国家当局正在积极促进可持续经济发展。
然而，经济的迅速发展迫使人们更多地使用能源资源，因此促进可持续经济发展十分重要，交流传统电网再也不能适应经济发展的要求，在国内外大力开展了研究直流输电网，使直流输电在短容量和小容量运输情况下得到有效应用。
这在一定程度上减少了输电过程中电力资源的损失，在一定程度上为电力用户提供了更好的能源资源，加快了中国的经济发展步伐，大大促进了经济的可持续发展。
2.简述直流网络技术的发展。
为了确保国内和国际经济的可持续发展，我们将加紧研究新能源、新材料和新技术，并将其应用于日常经济活动。
在这方面，能源需求更稳定，更适合日常活动。
为了降低能源成本和满足需要电力的人的需要，技术人员用直流供电网络取代了传统的备用供电网络，从而大大提高了电网的供电能力，消除了配电误差，由于直流电网寿命短，直流电源技术的研究还处于起步阶段，研究时间延长从长远来看，直流网的性能将大大提高。
探究高压直流断路器开断试验方法
探究高压直流断路器开断试验方法高压直流断路器是一种用于开关直流电源系统的专用开关设备，具有独特的开断性能和稳定性。
开断试验是对高压直流断路器进行性能验证和安全评估的重要方法之一。
本文将探究高压直流断路器开断试验的方法。
高压直流断路器开断试验的目的是通过模拟真实操作条件，测试断路器的开断能力、速度和稳定性。
开断试验可以分为静态试验和动态试验两种。
静态试验是在恒定电压条件下进行的试验，要求断路器能够承受额定电流，并保持稳定状态。
试验中，首先需要将断路器接通电源，使其工作在额定电压下。
然后，逐渐增加电流，直至达到额定电流并保持一段时间，检查断路器是否能够正常工作。
如果断路器能够正常工作，且没有出现异常现象，则试验合格。
动态试验是在瞬态电压条件下进行的试验，模拟电力系统中的故障情况，检测断路器在故障发生时的开断能力和稳定性。
试验中，首先需要选取合适的故障模式和故障电流，根据电力系统的特征来确定。
然后，将故障电流导入断路器，并在设定的时间内进行开断操作。
试验中需要考察断路器的开断速度、稳定性和对瞬态电压的承受能力。
试验合格的判断标准是断路器能够正常开断，并高压侧的电压不超过规定的安全范围。
为了进行高压直流断路器开断试验，首先需要准备好试验设备。
试验设备包括高压直流电源、电流采样器、故障模拟器和数据采集系统等。
高压直流电源提供试验电压，电流采样器用于采集电流信号，故障模拟器模拟电力系统的故障情况，数据采集系统记录试验过程中各项参数。
在进行试验前，需要对试验设备进行校验和检查，确保其正常工作。
然后，根据试验要求和参数设置来确定试验方案，包括试验电压、试验电流和试验时间等。
接下来，按照试验方案连接试验设备和断路器，并进行试验。
试验过程中需要注意安全措施，确保人员和设备的安全。
试验结束后，对试验数据进行分析和评估，根据试验结果来判断断路器的开断性能和稳定性。
高压直流断路器开断试验是对断路器性能进行评估的重要方法。
高压直流断路器
高压直流断路器的研究摘要本文详述了高压直流断路器在直流系统中的功能要求以及直流断路器的功能作用，介绍了高压直流断路器的工作原理及组成结构。
分析了现阶段应用于高压直流断路器的开断电流、熄灭电弧的各种方法，并阐述了各种方法的原理，通过对原理的分析阐述了各种方法的优缺点，并得出有源叠加振荡方式与无源叠加振荡方式是现阶段实现高压直流断路器的最佳方式。
关键词：直流断路器开断电流无源叠加振荡有源叠加振荡0 前言直流断路器是直流换流站的主要电气设备之一。
它不仅在系统正常运行时能切断和接通高压线路及各种空载和负荷电流，而且当系统发生故障时，通过继电保护装置的作用能自动、迅速、可靠地切除各种过负荷和短路电流，防止事故范围的扩大。
在高压直流输电系统中，某些运行方式的转换或者故障的切除要采用直流开关。
直流断路器同样因为直流电流难以熄弧、直流断路器吸收的能量大以及过电压高而制约其发展。
1 直流断路器在直流系统中的功能要求[1]直流系统中的断路器主要包括中性母线断路器、高速接地断路器、金属回路转换断路器和大地回线转换断路器。
1.1 中性母线断路器两端换流站的每一极都有一台中性母线断路器。
当直流闭锁时，在换流站没有投旁路的情况下，极控系统将使直流电流降为零，中性母线断路器在无电流的情况下合闸1.2 高速接地断路器每个换流站都有一台高速接地断路器，当接地极退出运行时，两端换流站的高速接地断路器应自动将中性母线接到换流站接地网，不要求具备大电流转换能力，但必须能在双极运行时打开。
1.3 金属回路转换断路器金属回路转换断路器功能是将直流运行电流从较低阻抗的大地回路向具有较高阻抗的金属回路转移。
直流电流从大地回路向金属回路的转移不应降低运行极的直流输送功率。
1.4 大地回线转换断路器大地回线转换断路器用于将直流运行电流从具有较高阻抗的金属回路转移至具有较低阻抗的大地回路。
直流电流从金属回路向大地回路的转移不应引起直流功率的降低。
2 直流断路器的基本构成与工作原理直流断路器的组成与交流断路器的构成结构基本相同，只在交流断路器的基础上增加了振荡装置和耗能元件。
高压混合直流断路器及其关键技术
高压混合直流断路器及其关键技术摘要：针对目前混合直流断路器存在的成本高、占地面积大、控制复杂、通态损耗大、基于电弧电压关断的电压等级低的问题，提出了两种新的拓扑结构：基于低压电容器抑制起弧的高压混合直流断路器、二次换流式高压混合直流断路器，本文对所提的两种拓扑结构所涉及的关键技术进行了介绍，并对拓扑结构的优缺点进行了对比分析。
关键词：高压；混合直流断路器；关键技术1直流断路器关键技术1.1电弧模型国内外一直在对电弧模型进行着研究，主要把电弧模型分为两大类：物理数学模型以及黑盒模型。
物理数学模型反映的电弧整个过程更加详细准确，考虑的外界影响因素更多，且对湍流、热辐射等具有比较精确的计算，使整个数学模型变得更加繁琐，不易求解，在仿真中由于其求解复杂，使得整个仿真时间变长，影响了其在断路器电弧仿真研究中的应用。
黑盒模型则是采用了简单的等效方法，将电弧等效为一个可变电阻，仅仅考虑了，例如电弧电压、耗散功率、时间常数等几个关键参数的影响，省略了一些影响不大的外部因素，使得整个数学模型简单化，并能够比较准确的反映出电弧特性，因此在断路器起弧的仿真中黑盒模型比较常用。
目前，常用的黑盒电弧模型有：Mayr模型、Cassie模型、Hochrainer模型、ModifiedMayr模型、Schwarz模型以及KEMA模型、Cassie-Mayr混合模型等。
1.2电力电子器件的均压与均流电力电子器件串联电压不均分为两种情况：静态电压不均和动态电压不均。
器件运行过程中有四个工作状态会导致串联电压不均分别为：稳定正向关断状态、稳定导通状态、开通瞬态和关断瞬态错误！未找到引用源。
在导通稳态和正向关断稳态情况下，考虑的是静态均压；在开通瞬态和关断瞬态的瞬时动作情况下，串联各器件电压动态变化，考虑的是动态均压。
然而在导通稳态情况下，由于各模块的导通压降都很小，大约在1-3V之间，因此无需考虑均压。
当电力电子模块处于关断状态时，其等效电阻很大，相互之间存在差异，器器件的正向伏安特性不同，使得各模块所承受的压降会有很大差异，当电压超过模块的承受范围时将造成损坏。
关于直流断路器的分析与探讨
关于直流断路器的分析与探讨摘要：随着近些年电厂、变电站的快速发展，直流断路器得到了广泛应用，但是故障也时有发生。
因此，加强对直流断路器的保护非常重要。
本文重点对直流断路器进行介绍。
关键词：直流；断路器一、直流断路器的类型选择交流断路器与直流断路器的灭弧机理不同，交流灭弧是利用交流电的周期性变化，电弧有自然过零点，经自然过零点后，弧隙电压由零逐渐上升，此时断路器绝缘介质恢复绝对误差速度快于弧隙电压上升速度，就可保证电弧不重燃。
而直流电弧因没有自然过零点，直流电弧产生后，在一定的维持电压下电弧可以持续燃烧，故灭弧要困难得多。
例如GM型直流快分开关采用了VJC绝缘四重加速窄缝分断技术限制电弧的扩散，提高了限流作用。
以①换流站和②换流站的直流断路器为例，如图１所示，换流站直流场断路器包括极中性母线断路器（ＮＢＳ），金属回线转换断路器（ＭＲＴＢ），大地回线转换断路器（ＧＲＴＳ），双极中性线临时接地断路器（ＮＢＧＳ）。
以上直流断路器的作用均是用于直流输电系统运行方式的切换，其作用及设备参数不同，但其基本工作原理相同，以下以ＮＢＳ断路器为例，对直流断路器工作原理进行分析。
以①换流站频发充电装置告警的００１０断路器（ＮＢＳ断路器）为例，由于直流电流的开断不像交流电流那样可以利用交流电流过零点，因此开断直流电流必须强迫过零。
００１０断路器属于有源型叠加震荡式断路器，其开断方式是由外部充电装置Ｕｄｃ先向振荡回路的电容Ｃ充电，然后电容Ｃ通过电感Ｌ向断路器断口的电弧间隙放电，产生振荡电流叠加在原电弧电流之上，并强迫电流过零。
充电装置的工作原理为一个小型的整流滤波回路。
其输入为２３０Ｖ的交流电，输出为２０ｋＶ左右的直流电。
三、直流断路器充电测控回路及逻辑直流断路器充电测控回路主要用于控制直流断路器电容器两端的电压，当电容器两端电压低于设定值时，测控回路能够启动直流断路器对电容进行充电。
如图2，直流断路器电容器两端的电压测量后经光纤回路送到直流场接口盘（ＤＦＴ）中，最后进入极控制保护（ＰＣＰ）主机。
高压直流断路器研究简述
高压直流断路器研究简述摘要：高压配电技术在近年来得到飞速地发展，直流输电与高压交流输电相比，具有费用低，线损较小，可靠性较高等特点。
高压直流输电也因它独特的优点受到国内外业界的高度重视。
高压直流断路器的研发也成为人们关注的焦点之一。
直流系统中的短路故障的短路利用高压直流断路器来开断电流，具有安全，方便的特点。
高压直流断路器因此被人们大量所使用。
关键字：电弧；电流过零点；开断电流；振荡电路高压直流断路器的研究中仍存在几大难点：由于直流系统电流没有自然的过零点，因此产生的电弧就不容易被熄灭，开断电流时的灭弧问题就成了高压直流断路器的一个研究难点。
1.直流断路器的开断原理高压直流输电系统的重大难题是开断电流。
由于直流电流无自然地过零点，如果采用强制开断电流的方法，由于从机械开关动作的开始到回复耐压能力需要几十毫秒的时间，因此达不到速动。
而且强制开断电流会产生电弧，而且所产生的电弧能量非常大，因此会严重的威胁设备的安全。
2.直流断路器的开断方法2.1振荡式开断法。
其原理是利用交流断路器来进行电流的开断。
这个过程需要强迫电流产生过零点，此处需要用到振荡电路。
为了保证电弧完全熄灭，不再发生燃弧，直流回路的能量需要被吸收，这里可以用金属氧化避雷器进行吸收。
振荡强迫电流过零有两种方式。
一种为自能振荡产生电流振荡利用电弧的负阻特性和自身的不稳定性。
另一种是他能振荡方法，需要对电容进行充电，然后电容会在电感的作用下向电弧的间隙进行放电，因此就会有振荡电流产生。
2.2增大电弧电压。
这种形式的直流断路器方便实现。
主要应用在一些电压等级较低的场合，如地铁等区域。
对于特别高的直流电压并不适用，所以额定电压要求不超过3KV。
当断路器开断形成断口后，可通过磁吹方式把电弧引进栅片，通过拉长电弧来对电弧电压提高。
各个小电弧会产生多对电极，没段电弧都有接近电极的电压，通过这种方法增大了电弧的电压。
这应用了电弧的电压的的升高，可以使直流断路器的开断性能提升。
高压直流断路器技术发展与工程实践
摘要：发展直流电网技术需要能够快速分断电流、经济可靠的高压直流断路器解决直流故障隔离问题。
通过对比直流系统故障隔离的几种技术方案，表明应用直流断路器隔离直流故障可在保障换流设备安全的同时，有效维持系统中健全部分的供电持续性，是直流故障隔离较为有效的解决方案。
在分析直流电网对高压直流断路器技术性能要求的基础上，对机械式直流断路器和分别基于晶闸管和绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)的2 种混合式直流断路器的电流分断特点和发展现状进行了阐述。
提出换流技术、杂散参数优化技术、与系统的协调配合技术和试验技术是高压直流断路器技术发展面临的主要技术挑战。
最后，对高压直流断路器在舟山五端柔性直流输电工程中的应用情况和即将开展的张北直流电网工程进行了介绍。
0 引言柔性直流输电技术的发展日趋成熟，其独立功率调节和灵活运行能力，为间歇性可再生能源并网与消纳提供了安全高效的解决方案。
目前，世界范围内投入商业运行的大部分柔性直流输电工程均采用点对点输送方式;相较于多条点对点的电能输送方式，多个柔直换流站连接成网状形成直流电网，在高压大容量领域中具备更好的可靠性、经济性和灵活性。
随着风电、光电等可再生能源不断开发，大规模清洁能源并网与跨区域电能传输对柔性直流电网的构建与发展提出了迫切需求[1-2]。
目前已投运的柔性直流输电工程大多采用模块化多电平技术(modular multi-level converter，MMC)和脉宽调制两电平技术，这些工程均无法通过闭锁换流阀清除直流故障，只能通过分断交流侧断路器来实现故障隔离。
研究中采用全桥模块或电容钳位双模块[3-6]的换流阀带有直流侧故障清除能力，可以通过换流阀闭锁清除直流故障。
在没有直流断路器的情况下，点对点柔性直流输电工程依靠分断交流断路器或闭锁带直流侧故障清除能力的换流阀可实现直流故障清除;但以上2 种方式在高压大容量直流电网中的应用将造成整个系统短时停电，难以满足系统运行要求。
高压直流断路器及其关键技术研究
・９ ・
高压直流 断路器 及其关Байду номын сангаас 技术研 究
郭跃 男 ’ 佟 利 民 。 柳 贡强 ， 高 颖 ， 张 健 ’ １ ５ ０ ０ ３ ０ ２ 、 国 网 大 庆供 电公 司， 黑龙 江 大 庆 １ ６ ３ ４ ５ ８ ） （ １ 、 黑龙江省 电力科学研 究院 ， 黑龙江 哈 尔滨 摘 要： 在 高速发展 的经济的推动之 下， 我 国的高压 柔性 直流输 、 配 电技术得到较快 的发展 ， 为 了确保直流输 、 配电技 术的稳定运行 ， 研 究人 员研 发 了高压直流断路 器来确保上 述技 术的正常使 用。然而 由于研究阶段存在技 术瓶颈 ， 使得 高压直流断路 器存在的缺陷难以快 速得到解决 ， 因而电路 的短路故 障难 以快速 消除， 所以， 着重介绍 了高压直流断路 器及 其关键技 术的基本 内容 ， 旨在 帮助技 术人 员找 到合
适的方法来充分发挥直流断路器的作用。 关键词 ： 高压 直 流 断路 器 ； 关键 技 术 ； 发 展 趋 势
为 了提高高压直流 断路 器的运行效果 国家有关部 门必须要 加 虽然 与国外发达 国家相 比， 我 国的技 术水平相 对落后 ， 但我 国 术 ， 的高压直流断路器技术仍然取得 了较 大的进 步。研 究人员指 出， 我 大物理数学模型和黑盒模型电弧的研究力度 ， 从 而提高技术人 员对 进 而充分发挥直流断路器的作用 。 国新研 制而成 的高压直流断路器 的功能更加 多样化 ，具 体表现如 电弧 的认识程度 ， ２ ． ２电力电子器件 串、 并联的均压 、 均流策略简介 下： ａ ． 新型的高压直流断路器 的开断速度将得到大幅度提高 ． ｂ ． 该 断 为了提高 高压 直流断路器的运行效率 ， 研究 人员必须要正确选 路器 的寿命将会长于传统的断路器 ． ｃ ＿ 其可靠性将高于传 统断路器 然后 采取 正确 的方 案和策略来 完成电 的水 平 ； ｄ ． 新 型高 压直流 断路器具 有无 （ 微） 弧无 响声的优点 等等 。 取 电力 电子元件 的连接模式 ， 均流处理 。在 对串联 的电力电子器件 进行 均压 为了充分挖掘高压直流 断路器 的功能 ， 技术人员必须要 加大高压直 力电子器件 的均压 、 流断路器及其关键技术 的研究力度 。 处理的时候 ， 若 电力 电子器件处 于稳定 阻断的工作状态 ， 那么 串联 的电力 电子器件就会 出现分压不均 的现象 ， 严重的话 可能会毁 坏电 １高压直流断路器简介 力电子器件 。在对并联 的器件进行均流处理 的时候 ， 饱 和压 降小 的 １ ． １ 高压直流断路器所处的环境 当今 时代 ，国家有关部 门正在大力倡导经济 的可持续发展 ， 然 器件毁坏的几率较大 。 而经济 的飞速发展却使得人们不得不 利用更多的 电力资源 ， 因此传 ２ ． ３ 直流断路器中相关 辅助回路 的设计过程简介 统 的交流 电网已经不能满足经济 的发展 要求 ， 对此 国内外 大力 开展 除了开断部分拓扑结构 ， 直 流断路器还 必须要在辅助 电路 的支 了直流输 （ 配） 电 网的研究 工作 ， 并在近距离 、 小容 量的输 电场 合 中 持下才能发挥作用 。 一般情况下 ， 辅 助电路主要 由缓冲电路 、 吸收回 实现 了直流输 电的有效应用 ， 在一定程度上 降低 了电力资源在传输 路和其他辅 助电路组成 。以缓 冲回路为例 ， 技术人员必须要将缓 冲 过程 中的损耗 ， 为电力资源使 用者提供更加优 质的 电力 资源 ， 因而 电路并联接 人拥有 固态开关部分的 电路之中。 在一定程度上提高 了我 国经济 的发展 速度 ， 为经济 的可持续发展做 ３高压直流断路器关键 技术 的未来发展趋势 出 了较 大 的贡 献 。 ３ ． １ 机械式高压直流断路器 技术 的未来发展趋 势 １ ． ２直流配网技术的发展情 况简介 对于机械式高压直流断路器来说 ， 它是交流断路器改造 之后的 目前 ， 国内外为 了实现经济的可持续发展 ， 正加大新能源 、 新 材 成 果 ， 此断路器可应用 于直流电 网系统 中 ， 主要 的工作 任务是 完成 料、 新技术 的研究力 度 ， 并 且将上述 内容应用于 日常的经济活 动之 电路的开断。目前 ， 此断路器在使用 过程 中容易 出现电弧 ， 为了提高 中， 在此 背景下 ， 电力需求 者需要更加稳定 和优质 的电力资源来 开 直流 电网的稳定性 ，技术人员将对 该断路器进行进 一步 的改 造工 展Ｅ ｌ 常经 营活动 ， 为了降低电力资源的成本 以满足 电力需求 者的需 作 ， 旨在通过振荡换流回路来 防止 电力 电子器件出现烧毁 的现象 。 求， 技术人 员将传统 的交流配 电网更 改为直流 的配 电网 ， 此举 大大 ３ ． ２全 固态高压直流断路器技术 的未来发展趋势 提高 了电 网的供 电容量 ， 而且消 除了交流 电网存在 的缺陷 ， 为储 能 直流 电网越来 越为人们所 接受 ，随着技术人 员研究 的不 断深 电站 的接入提供 了较好 的条件 。由于直流 配电网出现的时间较短 ， 人 ， 全 固态断路器也逐渐 出现在直流 电网之中 ， 该 断路器具有 如下 并且直 流配 电网技 术的研究还处 于起步 阶段 ，随着研究 时间 的延 几项优点 ： 该 断路器不需要触头 ， 能快速完成投切工作 ， 具 有较 长的 长， 直流电网的性能将得到大幅度 提高。 寿命 ， 随着电力 电子技术 的高速发展 ， 全控型和半控 型固态直 流断 １ ． ３ 研 究高压直流断路器过程中存在 的问题 路器 的开断速度将进一步得到提升。 为 了给 电力需求者提供更加优质 的电力 资源 ， 技术人员必须要 ３ ． ３混合 式高压直 流断路器技术 的未来发展趋 势 尽量提高高压直流断路器 的容量 ， 从而加快直流配 网工程 的发展速 混合式断路器是 由机械开关和电力电子器件并联而成。该断路 度， 提高 我国电力 系统运行 的稳 定性 。然而在技术人员研究高压直 器拥有 机械式和 固态 断路器的优点 ， 具体体现 在通 态损耗小 ， 无需 流断路器 的过 程中仍然存在如 下几点问题 ： ａ ． 直流 故障电流难 以迅 专用冷却设备和寿命长等方面。 混合式直流断路器成为技术人 员主 速开断 ， 所 以一 旦直流 电网出现故 障 ， 短路部位 的 电流将会 快速上 要研究 内容 。 升， 因 而容 易使 该部位 的机械设备 出现烧毁 的现象 ； ｂ ． 高压 直流 系 结束 语 统 中电力 电子器件 串并联的数量 问题难 以得 到解决 ，通常情况下 ， 近几年来 ， 高压直流断路器逐渐成 为直 流电 网中的重要组 成部 要想实现 电力 电子器件的安全运行 ， 技术人员主要采用 串联 的方式 分 ， 为 了确保 直流电 网的安全运 行 ， 技术人员必须要加 大高压直 流 来实现 电力 电子器件 的连接 ， 然而在高 压的环境下 ， 串联 的电力 电 断路器及其关键技术的研究力度 ， 以期为 电力资 源需求者 提供所需 子器件无 法实现安全 运行 ， 因此 ， 技 术人员要采用 并联或者 混联 的 的电力资源 ， 确保经济 的持续增长 。 方式来实现电力电子器件的连接 ， 这就意味着增加直流断路器 的体 参 考文献 积， 这将 给均 压工作带来 巨大的麻烦 。 【 １ １ 江道灼， 张弛， 郑欢， 叶 李心， 严玉婷 ． 一种限流式混合 直流 断路 器方 案［ Ｊ ］ ． 电力系统 自动化 ， ２ ０ １ ４ ． ２ （ １ ４ ） ： １ １ １ — １ １ ２ ． ２ 高压直流断路器关键 技术简 介 ｆ ２ １ 魏 晓光 ， 高冲， 罗湘， 周万迪， 吴亚楠． 柔性直流输 电网用新 型高压直 ２ ． １ 电弧模型理论的简介 Ｊ ］ ． 电力 系统 自动 化 ， ２ ０ １ ３ ． １ ０ （ ３ ７ ） ： １ ２ ０ － １ ２ １ ． 通常情况下 ， 电弧是 在断路器 开断电路 的瞬间产生 的 ， 它 实质 流 断路 器设 计 方 案 『 ３ ］ Ｊ Ｏ ￣ 广平。 王振 刚＇ 董琦， 温 家良， 王秀环， 王郁峰． 一 种高压直流断路 器 上是一团温度极高的发光导电气体 ，该气体 出现在触头 间缝 中 ， 是 ｆ Ｊ 】 ． 水 电能 源科 学 ， ２ ０ １ １ ． １ ２ （ ２ ９ ） ： １ ３ ５ — １ ３ ６ ． 在击穿效应的作用下产生的。 从电弧的生成到熄灭分别要经过一个 的 电路 构 成 及 其 试 验 方 法 ［
高压直流断路器技术
2010年09月第46卷第9期收稿日期：2009-09-08；修回日期：2010-04-20作者简介：王帮田（1969—），男，高级工程师，主要从事直流场开关设备、中压开关设备、智能化电器设备的开发及应用。
0引言换流站直流断路器主要包括中性母线断路器（NBS ）、中性母线接地断路器（NBGS ）、金属回路转换断路器（MRTB ）、大地回路转换断路器（ERTB ）。
在直流系统中，其主要技术性能体现在绝缘强度、开断转换电流能力、环境耐受能力等方面。
直流断路器的研制难点有3个方面：一是直流电流不像交流电流那样有过零点，所以灭弧甚为困难;二是直流回路的电感很大，所采用的平波电抗器为300mH 左右，而交流回路的电感仅为几十毫亨，加上开断时的直流电流大，所以需由直流断路器吸收的能量很大;三是过电压高[1]。
目前国内开发的产品在工程中尚未得到运用。
用于改变运行方式的直流断路器，如MRTB 和ERTB,不要求开断故障电流。
对于需要开断故障电流的直流断路器，开断直流电路故障电流的原理有两种：一是采用高压直流控制系统将转换直流电流限制在较低水平，断路器在较低电流水平下开断故障电流；二是与交流系统开断故障电流类似，即在检测到故障电流后，不通过高压直流控制系统，直接开断故障电流。
笔者主要探讨目前在国内得到广泛运用的第一种直流断路器技术。
1各种直流断路器在直流系统中的功能要求图1为双极送电端（左）、受电端（右）换流站直流断路器配置图。
1.1中性母线断路器NBS对于两端换流站的每一极都有一台中性母线断高压直流断路器技术王帮田（许继集团有限公司,河南许昌461001）摘要：笔者着重从高压直流输电换流站用直流断路器的功能要求、主要性能、基本构成、开断原理及试验技术等方面进行探讨，分析了直流断路器和交流断路器在电流转换、环境耐受和开断性能等方面的区别,给出了直流断路器转换电流的计算公式，表明合理选择直流断路器绝缘件的爬电比距对于提高运行水平非常重要，且开断直流电流必须创造过零点。
高压直流断路器的设计与性能分析
高压直流断路器的设计与性能分析在电力系统中，高压直流断路器扮演着至关重要的角色。
其设计与性能直接影响着电力系统的安全稳定运行。
本文将对高压直流断路器的设计原理、性能参数以及相关分析进行探讨，旨在深入了解其在电力系统中的作用与影响。
一、设计原理高压直流断路器的设计原理涉及到电气、材料、机械等多个领域的知识。
其基本原理是利用可靠的断路器开关结构，在电路中断开或闭合电流通路，以实现对高压直流电路的控制和保护。
在设计中，需要考虑电流负载、电压等级、工作环境等因素，确保断路器能够在各种条件下稳定可靠地工作。
二、性能参数1. **额定电压（Rated Voltage）**：高压直流断路器能够正常工作的电压范围，通常以千伏（kV）为单位。
2. **额定电流（Rated Current）**：断路器能够承受的最大电流值，也是其设计参数之一。
3. **动作特性（Operating Characteristics）**：包括动作时间、动作方式等，直接影响到断路器在故障时的响应速度和动作准确性。
4. **绝缘水平（Insulation Level）**：断路器在不同工作状态下的绝缘性能，与其工作环境和电压等级密切相关。
5. **机械耐久性（Mechanical Endurance）**：断路器的机械部件在长期使用中的耐久性，包括开关机构、触头等部件的寿命。
6. **环境适应性（Environmental Adaptability）**：断路器在不同环境条件下的适应能力，包括温度、湿度、海拔高度等因素。
三、性能分析高压直流断路器的性能分析需要综合考虑其设计参数和实际运行情况。
通过对断路器的工作状态、动作过程、故障处理等方面进行分析，可以评估其性能优劣，并对其进行改进和优化。
1. **动作特性分析**：根据断路器的动作时间、动作方式等参数，评估其对故障的响应速度和准确性。
通过仿真模拟或实际测试，验证断路器在不同工况下的动作性能。
高压直流输电与其关键技术的研究
中国高 速发 展 的经济环 境 ，要求 更 多的 电力 的
供给 。与之 同时 ， 电力 系统 也逐渐 增 大规模 ，发展 迅速 。在２ ０ 年 全 国装机 容量约４ ０ ０４ ４ ＧＷ，２ ０ 年达 ０５
考虑 到高压 直流 输 电的重要 性 ，本文将 从高 压
直流 发展进 程 、高压 直流输 电的特 点及 其关 键 的技 术 问题 予 以详细 阐述 ，最后 对其应 用前 景作 相应 总
Ｈ Ｃ Ｉｍａ ｅ ｏ ｄ ｅｅ ｎｅ ｏ ｌａｈｇ ｏ ａ ｅ ｉ ｃ ｃｒ ｎ ａｓ ｓ ｏ ｏ ｃ ． ＶＤ ．ｔ ｙｂ ｇ ｏ ｆｒ ｃ ｔ －ｉｈｖ ｌｇ ｒ ｔ ｕｒ ｔｒｎｍｉ ｉｎ ｒ ｅｔ ａ ｒ ｅ ｔｕ ｒ ｔ ｄｅ ｅ ｔ ｓ ｐｊ
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ Ｈ ＶＤ Ｃ ； ｋ ｙ ｔ ｃ ｎｏ ｏ ｙ； ａ ｐｌｃ ｔｏ ｒ ｓ ｅ ｔ ； ｒ ｖ ｅ ｙｗ ｒ ： ｅ ｅ ｈ ｌ ｇ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｐ ｏ ｐ ｃ ｓ ｅ ｉｗ
综
述
高压 流 输 电与其 关键 技 术 的研 究 直
史 劲 陈 弘
（ 成都 电业局 ，成都 ６ ０ ２ ） １ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ １
摘 要 高压 直流 输 电 （ ＤＣ） 有增 加送 电距 离、扩展 输 电电容量 等优 点，能够 有效解 决 ＨＶ 拥 输 电网 中大容 量 、远距 离和 高 电压 输 电问题 ， 可 以实 现 电网 的互联 ，其应用 前景相 当广 阔 本
结。
￣ ５ ０ Ｗ ，新增装 机 约５ Ｇ 年 ，预 计２ ２ 年将 达 ］ １０ Ｇ ０ Ｗ／ ００
到 １ ０ ＧＷ 。 ００
然 而 ，我 国资源 分布 不太 均 ，且大 多聚 集在 西
高压直流断路器专利技术分析
河南科技Journal of Henan Science and Technology总574期第10期2015年10月Vol.574，No.10Sep ，2015收稿日期：2015-10-12作者简介：李莹杰（1988.9-），女，研究生，实习研究员，研究方向：电开关。
摘要：由于直流电流无自然过零点使断口中电弧不易熄灭，因此交流断路器不能直接用于开断直流电流。
尤其在高压、特高压直流系统实现开断直流电流更是关键的技术难题，因此，高压直流断路器的研发就显得尤为重要。
在高压直流断路器领域，专利申请量逐年递增，本文对高压直流断路器的发展路线和该领域中的重要申请人做出概述。
关键词：高压直流断路器；多断口；专利中图分类号：TM561文献标识码：A文章编号：1003-5168（2015）10-0146-2Analysis on the Patent Technology of High Voltage Direct Current CircuitBreakerLi Yingjie Liu Fei（Patent Examination Cooperation Henan Center of the Patent Office,SIPO,Zhengzhou Henan 450002）Abstract：As there is no natural zero-crossing point in the direct current which can make the arc difficult to extin⁃guish,AC circuit breaker cannot be directly used for direct current breaking.Especially in HV and UHV dc system,realization of the dc breaking is a key technical problem,therefore,research on high voltage direct current circuit breaker is particularly important.In the field of high voltage direct current circuit breaker,patent applications in⁃crease year by year,in this paper,the development route of high voltage direct current circuit breaker and important applicants in the fields are overviewed.Keywords:high voltage direct current circuit breaker;fracture;patent1直流断路器的基本概念基于交流断路器断口的高压直流断路器一般为双断口串联，之后并联电感-电容线圈，与避雷器共同构成了直流断路器的一次回路，当断路器断口触头分开后直流电流会在触头间产生电弧，弧压不稳定，且随触头距离拉长，弧压升高，此时断路器触头与电感-电容支路构成谐振环路，谐振电流依靠断路器触头间的电弧激发产生，谐振电流即为交流电流，该电流在断路器断口处与直流电流形成叠加，随触头距离的拉长谐振电流也越大，当谐振电流峰值达到直流电流的幅度时会完全抵消直流电流，使断路器断口电流出现过零，促使电弧熄灭，即实现了开断直流电流的目的［1］。
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浅析高压直流断路器关键技术摘要：随着可再生能源发电的发展及用户对电能要求的不断提高，传统交流电网已难以满足可再生能源发电和负荷随机波动性对电网快速反应的要求。
随着电压源型高压变流器和高压柔性直流输电技术的迅速发展，国内外对直流输电网的研究正日益深入。
在输电领域，为适应新的能源格局，基于常规直流和柔性直流的多端直流输电系统和直流电网技术成为未来的发展趋势，多端直流输电实现了多电源供电、多落点受电，是一种更灵活、快捷的输电方式以，在此基础上如果将直流输电线路在直流侧互联形成直流电网，可以有效解决新能源并网带来的有功波动等问题，在未来城市智能配电网、微网等领域也具有较大优势，对我国未来电网的建设和发展具有重大意义。
1引言直流侧故障是直流输电系统必须考虑的一种故障类型，影响到设备参数的计算和控制保护策略的设计。
与交流系统相比，直流系统阻抗相对较低，故障渗透速度更快，渗透程度更深，控制保护难度也更大。
随着多端柔性直流输电系统的发展，如何处理直流故障成为王程实践中需要考虑的关键问题。
从原理上讲，直流侧故障处理方法主要有3类：一是通过换流器闭锁实现故障的自清除；二是通过交流断路器的动作使故障点与交流系统隔离；＝是通过直流断路器的动作使故障点与交流系统隔离。
采用晶闸管的常规两端直流输电系统即采用第一类方法，在直流侧故障发生时，通过强制移相使两侧换流器进入逆变方式，使弧道电压、电流迅速降低为零，实现直流侧故障快速消除，可用于易发化闪络等暂时性故障的架空线路，而对于柔性直流输电系统，目前采用的两电平、电平换流器和模块化多电平换流器均不具备闭锁能力，换流器新型拓扑尚未成熟，实际工程中仍采用断开交流侧断路器来清除直流侧故障，但这样往往需要短时停运整个系统，导致交流侧特别是弱交流系统收到较大冲击，增加了系统失稳的风险，同时降低了柔性直流输电系统的可利用率。
2高压直流断路器的技术发展趋势2.1机械式高压直流断路器的发展现状机械式高压断路器通常采用将交流断路器（少油式断路器，真空式断路器等）改造之后用于直流系统之中以实现电路的开断。
直流电不存在电流自然过零点，灭弧困难。
在低压小电流应用场合，可以通过增大电弧电压、分段串接限流电阻或控制磁场气体发电断流等方法实现强迫直流开断熄弧。
但在高压大电流应用场合，上述方法不可行，一般是对常规机械式交流断路器结构做适当改造，并增加能够在开断直流电流过程中自动形成高频振荡电流过零点的振荡换流回路，以解决机械开关切断高压大直流电流时的灭弧问题。
在20世纪年70代初，美国公司的专家就提出了采用振荡换流熄弧的机械式直流断路器基本结构其一般化拓扑结构如图所示，主要由机械开关、振荡换流回路，以及能量吸收与过压放电回路等部分构成。
图1 机械式直流断路器的基本拓扑结构根据是否存在预先向振荡回路中的电容进行充电，机械式直流断路器的灭弧方式一般分为自然振荡灭弧与强制振荡灭弧：（1）自然振荡灭弧自然振荡灭弧直接利用电弧电压随电流增大而下降的非线性负电阻效应，利用结构中的振荡回路以及线路电感来产生振荡电流，从而产生人工过零点，当电流过零点时，可实现电弧熄灭。
其控制方式简单可靠，但对电路参数依赖性大，原件选择要求高，且开断电流能力较弱，不适用于高压大容量系统。
（2）强制振荡灭弧强制振荡灭弧则是通过采用外部电源，动作前预先对振荡回路中的电容进行充电，开断时通过控制接入振荡回路，使其产生的高频振荡电流迫使电弧电流强制过零，从而实现断路器的开断。
强制震荡灭弧相对自然振荡灭弧，可产生幅值较大的振荡电流，开断容量较大且成功率高；但每次开断后均需要重新对电容充电，且需增加振荡回路电容预充电与开断时控制产生强制振荡电流等环节，装置控制实现复杂，成本高。
2.2全固态高压直流断路器的发展现状全固断路器是指断路器中没有机械运动部件，完全由半导体器件作为断路器的开关器件。
之后，随着电力电子器件的出现与发展，20世纪90年代末，逐渐出现了以晶闸管作为开关元件的断路器。
80年代到90年代，全控器件的诞生，固态断路器得到了迅速的发展。
随着直流断路器研究的发展，全固态断路器也被运用于直流的场合，相对机械式直流断路器，固态直流断路器具有无触头、投切快速、无孤无声响、开关时剣准确可控、工作可靠性高、寿命长等优点，特别适用于直流输（配）电网等速动性要求高的场合，其结构如图2所示。
虽然目前全固态直流断路器相对于机械式直流断路器的成本较高，但由于其优良的工作性能，以及电力电子技术的不断发展，全固态断路器在直流系统中的应用开始受到关注。
图2 全固态直流断路器的基本拓扑结构根据全固态直流断路器中所电力电子器件类型的不同可主要把全固态直流断路器划分为两类：（1）半控型全固态直流断路器半控型器件主要以功率晶闹管为代表，其原理拓扑结构如图所示。
半控型器件主要以功率晶闸管为代表，具有通断容量大、通态损耗低、通态压降小、成本低廉等优点，是最早用于研发全固态断路器的电力电子器件之一。
这种固态直流断路器理论研究已较比较成熟，其工作原理简单、拓扑结构易于实现，且控制策略容易实现，具有较高的可靠性，工业应用广泛。
但晶间管为半控型器件，实现直流关断需增加振荡换流回路产生电流过零点，电路结构复杂，体积较大；同时晶闸管工作频率相对较低，基于其构成的固态直流断路器开断速度也受到了一定的限制。
图3 半控型全固态直流断路器原理拓扑（2）全控型全固态直流断路器全控型全固态直流断路器属于电流驱动型器件，静态特性好，基于其构成的直流断路器具有通态容量大的特点；但全控型全固态直流断路器通态压降与损耗大、开关时间长、动作速度慢，尤其是门极驱动功率大（特别是关断时）、驱动电路复杂等缺点大大限制了其在直流断路器领域的使用。
全控型全固态直流断路器原理拓扑如下图4所示：图4 全控型全固态直流断路器原理拓扑由于良好的性能优势，全固态断路器在交流领域的某些场合已经得到了商业化应用，同时在直流领域，全固态断路器的应用研究也在不断增多。
2.3混合式高压直流断路器的发展现状混合式直流断路器根据换流关断原理的不同，可分为自然换流关断型与强制换流关断型两种：（1）自然换流关断型混合式直流断路器自然换流关断型混合式直流断路器的固态开关部分一般由全控型电力电子器件构成.（2）强制换流关断型混合式直流断路器强制换流关断型混合式直流断路器类似于机械式直流断路器中所采用的方法，即利用电感电容串并联谐振结构产生谐振电流，利用反向的谐振电流产生电流过零点从而实现在电流过零点处的快速断开与消弧。
3直流断路器关键技术3.1电力电子器件串、并联技术在高电压、大电流的应用场合，需要电力电子器件串联提高耐压能力和并联提高通流能力，由于器件自身参数差异和外围电路影响导致的动、静态均压、均流问题尤为突出。
当电力电子器件作为直流断路器断流主支路时，一般不需要并联即可满足关断电流要求，而为了承受较高的开断过电压，往往需要大量器件串联使用，本节将重点分析串联均压问题。
电力电子器件串联电压不均一般分为两种情况：静态电压不均和动态电压不均。
器件运行过程中会经历开通瞬态、开通稳态、关断瞬态和关断稳态四个工作状态。
在开通稳态和关断稳态下，串联各器件电压基本保持稳定，属静态均压问题；在开通瞬态和关断瞬态下，串联各器件电压动态变化，属动态均压问题。
由于影响串联均压的因素较为复杂，不同工作状态下应采用不同的均压策略。
（1）静态电压不均原因分析与均压措施当串联各器件处于开通稳态时，只承受很低的通态压降，由器件参数差异引起的电压不均对其安全运行影响较小，一般可以忽略不计；当串联器件处于关断稳态时，各器件可等效为一个阻值较大的电狙，其上只有很小的漏电流通过，此时器件两端电压一般较高，必须采取措施解决电压不均问题。
为实现静态均压，首先应尽量选用参数和特性均一致的器件，此外还可在串联各器件集射极之间并联均压电阻，当该电阻远小于器件漏电阻时，电压分配主要取决于均压电阻值，该阻值通常应远低于器件断态等效电阻，并尽可能的大。
（2）动态电压不均原因分析与均压措施影响串联器件动态电压不均的因素主要分为两类：器件自身参数和外围电路参数。
其中器件自身参数主要包括极间寄生电容、拖尾电流、栅极内狙和杂散电感等，外围电路主要包括栅极驱动电阻、驱动回路寄生电感、驱动信号延迟和吸收电路等。
3.2直流灭弧技术与交流电流相比，直流电流没有自然过零点，在高电压等级和高故障电流等级下，如果用机械开关强制断开直流电流，一方面将产生巨大能量的电弧，对设备安全造成严重威胁，另一方面从机械开关动作到其恢复可靠的耐压能力往往需要数十毫秒，难以满足速动性的要求。
目前为应对灭弧问题多采用以下几种策略；（1）研究直流电弧特性并建立准确的电弧模型，研制灭弧能力更强、速度更快的机械开关。
（2）借鉴交流断路器工作原理．，采用振荡电路等方式人为制造电流过零点。
（3）采用包含机械开关和电力电子器件的混合型拓扑，通过合理的开断时序控制策略，使机械开关实现在极小的电流甚至零电流下开断。
（4）采用只包含电力电子器件的全固态拓巧，避免电弧。
以上策略各有利弊，如何选择合理的灭弧方法是直流断路器面临的重要问题。
3.3直流断路器控制与保护技术（1）故障电流检测与判断直流断路器作为开断故障电流的关键设备，其按制系统应准碗检测回路电流动态变化，可靠识别短路故障、电流暂升和电流波动等各类工况并通速响应。
电流类保护策略主要有过流速断保护、电流增量保护和电流变化率保护等。
过流速断保护检测到电流超过整定值后立即跳闽，一般用于快速切除故障场合，准确性和可靠性较差；电流上升率和电流增量保护根据稳态电流和故障电流上升率之间的差异实现保护，对保护校盤的要求较高，实际中两种保护以同一个电流上升率整定值作为启动条件，启动后进入各自的延时阶段，相互配合完成保护功能。
两种保护的动作过程如下：电流上升率保护通过不断检测电流上升率，当其高于保护阔值巧，保护启动并进入延时阶段。
在延时阶段内，若电流上升率一直高于整定值则保护动作，反之则保护返回。
电流增量俱护和电流上升率保护在同一时刻启动，继电器启动时刻电流为基准计算电流相对增量。
当电流上升率一直高于电流增量保护整定的斜率且在延时后值达到动作闽值，则保护动作。
在电流増量计算过程中，允许电流上升率在短时间内回落到整定值之下，如果送段时间不超过返回延时整定值，保护不返回；反之则保护返回。
（2）分、合阐时序控制策略随着直流断路器巧扑不断发展，其各部分往往包含不同类型的元件，如全控型器件、半控型器件、机械开关和无源、有源电路等。
在直流断路器动作过程中，各元件之间可靠的时序配合控制策略决定了换流过程和关断过程能否正常进行，对电力电子器件运行在安全工作区也具有重要意义。
一般而言，对于含有多条并联支路的直流断路器，合理的分、合闸时序应满足以下基本要求：1）动作时刻按电流阈值整定并考虑各元件动作延时，动作持续时间满足热设计要求。