直流断路器技术发展综述
浅析高压直流断路器关键技术
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。
固态直流断路器调研报告
固态直流断路器调研报告1. 引言随着电力电子技术的快速发展,直流电源系统在能源、交通、电力等领域的应用日益广泛。
固态直流断路器作为直流电源系统中的关键设备之一,具有高效、快速、安全等优点,已成为市场上的新宠。
本文将对固态直流断路器进行深入调研,从概述、市场现状、技术发展、应用领域、发展趋势等方面进行分析和总结。
2. 固态直流断路器概述固态直流断路器是一种利用固态电子元件实现通断和保护功能的直流断路器。
相比于传统的机械式断路器,固态直流断路器具有体积小、重量轻、动作速度快、可靠性高等优点。
它主要由功率半导体器件、电容、电感等元件组成,通过控制电流的通断来实现对电路的保护。
3. 固态直流断路器市场现状随着电力电子技术的发展和应用的普及,固态直流断路器的市场规模不断扩大。
据市场研究机构预测,未来几年固态直流断路器市场将保持快速增长态势。
目前,国内外多家企业已经涉足固态直流断路器领域,市场竞争日益激烈。
4. 固态直流断路器技术发展随着半导体技术的进步,固态直流断路器的技术水平不断提高。
目前,固态直流断路器已实现高电压、大电流、高频化等技术突破。
同时,智能控制、故障诊断等技术的应用也进一步提高了固态直流断路器的性能和可靠性。
未来,固态直流断路器将朝着更高效、更安全、更环保的方向发展。
5. 固态直流断路器应用领域固态直流断路器在能源、交通、电力等领域得到广泛应用。
例如,在电力系统中,固态直流断路器可以用于保护输电线路和配电设备;在轨道交通领域,固态直流断路器可以用于保障牵引供电系统的安全运行;在新能源领域,固态直流断路器可以用于太阳能和风能发电系统的保护和控制。
6. 固态直流断路器发展趋势未来,固态直流断路器将面临以下发展趋势:(1)高效率:随着能源资源的日益紧张和环保要求的提高,提高固态直流断路器的效率已成为行业发展的必然趋势。
未来,固态直流断路器将采用更先进的半导体技术和控制策略,实现更高的工作效率。
(2)智能化:智能制造和互联网+技术的快速发展,为固态直流断路器的智能化提供了新的机遇。
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。
高压直流断路器发展状况及应用
高压直流断路器发展状况及应用发布时间:2022-06-27T02:31:30.968Z 来源:《中国电业与能源》2022年第4期作者:李春万明黄思睿[导读] 本文介绍了不同技术路线直流断路器的原理及适用场合和国内外发展现状,比较了几种直流断路器的优缺点李春万明黄思睿中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司 610051摘要:本文介绍了不同技术路线直流断路器的原理及适用场合和国内外发展现状,比较了几种直流断路器的优缺点,重点介绍了高压直流断路器的在实际工程的应用情况及需要注意的问题,并提出了应用研究方向。
关键词:高压直流断路器机械式混合式直流输电Abstract: This paper introduces the principle, application occasions and development status of DC circuit breakers of different technical routes at home and abroad, compares the advantages and disadvantages of several DC circuit breakers, focuses on the application of high-voltage DC circuit breakers in practical projects and problems needing attention, and puts forward the application research direction.Key words: high voltage DC circuit breaker mechanical Hybrid DC transmission前言直流开断技术是我国高压直流电网发展的关键技术之一,该技术涉及高压直流输电技术、先进电力电子器件技术等前沿领域,通过结合机械式开关和电力电子器件的优点,以实现开关通态功耗降低和电流无弧开断[1]。
2024年高压直流断路器市场发展现状
2024年高压直流断路器市场发展现状1. 引言高压直流断路器是电力系统中的重要设备,用于控制和保护直流输电线路。
随着可再生能源的快速发展和直流输电技术的广泛应用,高压直流断路器市场也面临着巨大的发展机遇和挑战。
本文将介绍高压直流断路器市场的发展现状,并分析其潜在的市场前景。
2. 高压直流断路器的定义和分类高压直流断路器是一种用于控制和中断直流电流的电气设备。
根据其工作原理和结构特点,高压直流断路器可以分为气体断路器、真空断路器和固体断路器等不同类型。
不同类型的断路器在高压直流输电领域有不同的应用范围和技术要求。
3. 2024年高压直流断路器市场发展现状3.1 市场规模高压直流断路器市场在过去几年中呈现出稳定增长的趋势。
据市场研究公司的数据显示,2019年全球高压直流断路器市场规模约为X亿美元,预计到2025年将达到Y亿美元。
中国、美国和欧洲地区是全球高压直流断路器市场的主要消费市场。
3.2 市场驱动因素目前,可再生能源的快速发展是推动高压直流断路器市场增长的主要驱动因素之一。
大规模的风电和光伏电站需要高压直流输电系统来传输电能,而高压直流断路器作为关键设备之一,将在可再生能源领域发挥重要作用。
另外,高压直流输电技术的发展也为市场提供了新的增长机遇。
直流输电系统具有输电损耗小、经济性强等优势,能够在长距离电力传输中显著降低能量损耗。
这促使各国加大对高压直流输电技术的研发和应用,进一步推动了高压直流断路器市场的发展。
3.3 市场挑战和机遇高压直流断路器市场在快速发展的同时也面临一些挑战。
首先,高压直流断路器的技术难度较高,研发和生产成本较高,这对市场的进一步扩大和产品价格的降低构成了一定的限制。
其次,市场竞争激烈,主要企业之间的差距较大。
高压直流断路器领域的企业大多为跨国公司,其技术实力和市场份额较大,对新进入市场的企业构成了竞争压力。
然而,高压直流断路器市场仍然具有巨大的市场潜力。
随着直流输电技术和可再生能源的不断发展,对高压直流断路器的需求将不断增加。
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。
2023年高压直流断路器行业市场分析现状
2023年高压直流断路器行业市场分析现状高压直流断路器是电力系统中的关键设备,用于有效控制和保护电网的稳定运行。
随着电力系统规模的扩大和可再生能源的普及应用,高压直流断路器市场需求逐渐增加。
本文将对高压直流断路器行业市场分析现状进行详细研究。
一、市场规模和发展趋势分析高压直流断路器市场是一个快速发展的领域,市场规模持续增长。
据市场调研报告显示,2019年全球高压直流断路器市场规模约为40亿美元,预计到2027年将达到90亿美元。
市场需求的增长主要受以下几个因素驱动:1. 可再生能源的普及应用:随着可再生能源的普及,如风力和太阳能发电的快速增长,对高压直流断路器的需求也在增加。
高压直流断路器能够稳定可再生能源的输送和电网的运行,使得电网的可靠性和稳定性得到保证。
2. 电力系统规模的扩大:随着经济的发展和城市化进程的加快,电力系统的规模不断扩大,需要更多的高压直流断路器来满足电网运行的需要。
特别是在中国等新兴经济体,电力系统的快速发展对高压直流断路器市场需求的增长提供了有力支撑。
3. 智能电网建设的推进:智能电网是未来电网发展的趋势,高压直流断路器作为智能电网的重要组成部分,在可靠性、灵活性和智能化方面有着重要的作用。
因此,随着智能电网建设的不断推进,高压直流断路器市场需求也将呈现增长态势。
二、市场竞争格局分析高压直流断路器市场竞争激烈,主要厂商包括ABB、西门子、GE、日立等大型国际企业,以及中国南方电网、华电集团等国内知名企业。
这些企业在技术能力、市场份额和品牌影响力方面具有明显优势。
在国际市场上,国际企业通过技术创新和市场推广,不断巩固其在市场中的地位。
ABB作为全球最大的高压直流断路器生产商,一直占据着领导地位。
西门子、GE、日立等企业也在市场中具有一定份额。
在国内市场上,中国南方电网和华电集团等国内大型电力企业通过技术自主创新和市场拓展,逐渐提升了在高压直流断路器市场的地位。
此外,中国国家电网作为国内最大的电力企业,在高压直流断路器领域也有一定市场份额。
中压直流断路器研究综述
中压直流断路器研究综述摘要:随着分布式新能源的大规模发展,以新能源为主体的新型电力系统逐步形成,为保证直流系统安全稳定运行,需要能在几毫秒内完成故障电流开断的中压直流断路器。
本文通过分析直流电网对直流断路器的性能要求,介绍了机械式、固态式与混合式三种典型直流断路器开断机理,概括近年来直流断路器的工程应用,归纳并展望中压直流开断技术未来发展趋势。
0引言构建以新能源为主体的新型电力系统,是“双碳”背景下我国能源电力转型发展的方向。
现代化直流配电系统在电能质量、可控性、新能源并网等方面具有的明显优势使其成为新型电力系统的重要组成,因而得到了广泛关注和飞速发展[1-3]。
直流电网是一个低阻抗、低惯量系统,直流侧发生故障后,系统内储能元件向故障点快速放电,几毫秒内便可达到额定电流的几十倍,严重危及直流电网安全。
目前,国内外多个科研院所均开展有关中压直流开断技术的研究工作,本文根据直流断路器的开断方式将现有中压直流开断技术进行分类,针对不同开断技术对拓扑结构和工作原理进行深入分析,系统性介绍了直流断路器的工程应用案例,并对中压直流开断技术的发展趋势进行展望,为未来发展提供参考。
1直流开断挑战直流电网以其独特优势成为新能源并网的主要发展方向。
然而,直流电网建设仍存在许多问题,其中最迫切需要解决且严重限制直流电网发展的是直流侧故障电流的清除问题。
直流系统中由于故障电流上升速度快,峰值电流高,且没有自然过零点,与交流断路器相比,直流断路器往往需要在几毫秒内切断故障电流。
因此,研究故障切除速度快、可靠性高的直流断路器一直是研究热点,国内外研究机构对直流断路器也开展了大量研究,并提出了极高的要求:(1)能够快速清除电网直流侧的故障;(2)能够迅速消耗直流线路中存储的能量;(3)在切断直流电流时,能够承受较高的过电压和过电流;(4)具有高开断能力;(5)具有重复开断能力。
2直流断路器关键技术2.1 机械式直流断路器机械式直流断路器一般是由交流断路器改造而来, 其原理是在机械开关两端并联振荡换流支路产生振荡电流,人造电流过零点以解决灭弧困难的问题,具有微损耗、低成本、小体积和便于维护的优点。
新型低压直流断路器研究综述
·综 述·?电器与能效管理技术(2022No.11)成 达(1986—),男,高级工程师,主要从事电能表、断路器可靠性研究。
张蓬鹤(1978—),女,教授级高级工程师,主要从事元器件及防窃电研究。
熊素琴(1979—),女,高级工程师,主要从事元器件可靠性研究。
基金项目:中国电力科学研究院技术创新基金项目(5242002000N6)新型低压直流断路器研究综述成 达1,2, 张蓬鹤1, 熊素琴1, 李求洋1, 张照资3, 高 智3(1.中国电力科学研究院,北京 100192;2.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙 410082;3.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,陕西西安 710049)摘 要:低压直流系统的快速发展,对传统断路器的开断性能提出了更高的要求,电力电子器件的使用为直流断路器的发展提供了新的思路。
综述目前两种新型直流断路器的发展现状,从电路拓扑结构和电力电子器件特性对纯固态断路器进行概述,而对混合式断路器的总结主要立足零电压和零电流两种不同的换流方式,最后指出未来新型直流断路器在控制策略、模块集成、开断性能和模型仿真4个方面的发展前景,为新型直流断路器的发展提供有用的参考。
关键词:低压系统;直流断路器;固态断路器;换流方式中图分类号:TM561 文献标志码:A 文章编号:2095 8188(2022)11 0001 08DOI:10.16628/j.cnki.2095 8188.2022.11.001OverviewofNovelLVDCCircuitBreakerResearchCHENGDa1,2, ZHANGPenghe1, XIONGSuqin1, LIQiuyang1, ZHANGZhaozi3, GAOCaizhi3(1.ChinaElectricPowerResearchInstitute,Beijing100192,China;2.CollegeofElectricalandInformationEngineering,HunanUniversity,Changsha410082,China;3.TheStateKeyLaboratoryofElectricalInsulationandPowerEquipment,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China)Abstract:TherapiddevelopmentoflowvoltageDCsystemputsforwardthehigherrequirementsforthebreakingperformanceofthetraditionalcircuitbreaker.TheuseofpowerelectronicdevicesprovidesanewideaforthedevelopmentofDCcircuitbreaker.ThispaperreviewsthedevelopmentstatusoftwonovelDCcircuitbreakers,providesabriefintroductionofsolid statecircuitbreakerfromthecircuittopologicalstructureandcharacteristicofpowerelectronicdevices,andsummarizesthehybridcircuitbreakermainlybasedoncommutationmodesincludingzero voltageswitchingandzero circuitswitching.Finally,thedevelopmentprospectsofnovelDCcircuitbreakerispointedoutinthefutureincludingcontrollingstrategy,moduleintegration,breakingcapacityandmodelsimulation,whichcanprovideausefulreferenceforthedevelopmentofnovelDCcircuitbreaker.Keywords:lowvoltagesystem;DCcircuitbreaker;solid statecircuitbreaker;commutationmode0 引 言“新基建”战略背景下,5G基站、轨道交通、大数据中心、电动汽车充电桩等领域快速发展,负荷直流化特征明显[1]。
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。
快速直流断路器研究现状与展望
快速直流断路器研究现状与展望摘要:本文首先叙述了快速直流断路器的技术要求和研制难点,从空气式直流断路器、直流固态断路器两种技术途径,分别介绍了其工作原理、优缺点和典型研究成果,最后指出了快速直流断路器研发中需要重点关注的问题。
关键词:直流;直流断路器;固态断路器;研发现状1快速直流断路器技术要求与研制难点1)合闸状态下,承载工作电流,满足温升和绝缘指标;2)分闸状态下,提供可靠的隔离断口,满足绝缘要求;3)接到分、合闸指令,可靠地执行分、合闸动作;4)系统故障时,快速限流分断短路电流,分断时间符合系统指标,分断过电压不超过系统绝缘的限定。
快速直流断路器研制的难点之一在于直流电力系统中电流不存在自然过零点,必须采用特殊的方法制造出电流零点。
另一方面,由于直流短路电流上升快、峰值高,断路器必须在数ms的时间内完成分断任务,才能满足直流电力系统限流分断的保护需要。
断路器分断过程通常包括故障检测、逻辑判断与脱扣、机构分闸(或固态开关触发)过电压建立与能量吸收耗散等多个环节。
快速直流断路器必须尽可能地减少各个环节的耗时,将全分断时间压缩在几ms内,且短时间内完成大量的系统储能吸收耗散,研制难度非常大。
2快速直流断路器研究现状2.1空气式直流断路器空气式直流断路器是以交流断路器灭弧技术为基础变革而来,主要包括脱扣系统、触头系统、操作机构和灭弧罩四大部分。
脱扣系统的功能是故障发生时完成检测与脱扣,保证断路器可靠分闸;触头系统的功能是长时间承载额定电流、短时承受过载和故障电流,在分断过程中促进电弧弧根的转移、跳变;操作机构的功能是实现断路器的分合闸动作,保证触头系统的分合闸速度要求,利于电弧运动与转移,提供合闸保持力,保证触头系统的动热稳定性;灭弧罩的功能是拉伸、切割、冷却电弧,建立电弧电压,限制短路电流上升,实现分断任务。
短路发生后(t0),空气式直流断路器首先经历脱扣器脱扣耗时、机构机械延时,而后触头分离(t1),通过磁吹或气吹等手段将触头间的电弧引入灭弧罩内,进行切割、强烈的冷却、去游离,建立起与电源电压相反的电弧电压;当电弧电压大于电源电压时,短路电流开始下降(t2),电弧持续燃烧一段时间(t1—t3),直至电流下降到零,断路器两端电压等于系统电压,分断过程结束(t3),如图1所示。
高压直流断路器的发展现状
高压直流断路器的发展现状发表时间:2018-06-11T11:52:01.690Z 来源:《电力设备》2018年第1期作者:王旭1 徐刚2[导读] 摘要:随着传统化石能源的短缺、人们对环境保护要求的提高,风能、电能、光伏等可再生清洁能源得到了广泛研究,将新能源连接到电网最有效的方法是利用高压直流来传输电能。
(1.平高集团有限公司河南省平顶山市 4670002.河南平高电气股份有限公司河南省平顶山市 467000)摘要:随着传统化石能源的短缺、人们对环境保护要求的提高,风能、电能、光伏等可再生清洁能源得到了广泛研究,将新能源连接到电网最有效的方法是利用高压直流来传输电能。
高压直流输电技术具有远距离大功率输电、非同步电网互联、降低能耗、节约输电走廊、实现快速控制等优势,并且可以为新能源并网与消纳问题提供有效的解决方案,已成为当前研究热点。
关键词:高压直流断路器;发展现状;故障及处理高压直流断路器作为电网系统中的重要组成部分,一旦发生故障就可能导致电网事故的出现,并且会对电力企业的经济效益与社会效益造成严重的影响。
1高压直流断路器的开断原理直流断路器发展的难点主要体现在两方面:一、直流系统电流没有自然零点,直流电弧不易熄灭;二、直流系统短路电流上升率非常快,需要直流断路器在数毫秒内抑制短路电流上升。
近年来,高压直流断路器受到国内外广泛关注,进行了诸多理论研究,并研制出了相应的样机与产品。
目前,已在运行和正在研发的高压直流断路器从技术角度可以分为全固态式直流断路器(如图1所示)、混合式直流断路器(如图2所示)和机械式直流断路器(如图3所示)。
图1全固态式直流断路器的基本结构图2混合式直流断路器的基本结构图3直流机械断路器2高压直流断路器现状和容易出现的故障问题2.1断路器分合闸不到位断路器的操动机构故障,主要是由于固定合闸储能弹簧位置的螺杆松动,弹簧位置紧固不充分,使其在能量存储和释放运动过程中同内壁发生不同程度上的摩擦,导致储能弹簧负荷增加,传递压力变得不平衡,加剧部件损坏。
直流断路器技术发展探究
直流断路器技术发展探究高压直流输电迫切需要高速、高速、经济的直流断路器。
分析了直流断路器的拓扑结构,分析了机械式、全固态和混合式直流分断方式的特点和应用场合。
指出混合强制换相方案和机械预充电手动过零方案更容易满足高压大容量直流系统的高速分断要求。
标签:直流断路器;发展探究;引言近年来,高压直流输电以其独特的优势得到了广泛的重视和应用。
与交流输电相比,高压直流输电具有输电线路建设成本低、功率调节简单易行、无稳定性问题等优点,适用于特高压、大容量、远距离输电。
1954年,世界上第一个直流输电工程(哥德兰直流输电工程)在瑞典投入商业运营;1989年,中国第一条±500千伏特高压直流输电线路建成投产。
目前,世界上已有90多个高压直流输电工程投入运行,总容量超过7万兆瓦。
国内外专家认为,高压直流电网作为风电集电平台,可以避免交流电网电压、频率、功角等稳定性问题,为随机性强的风电并网提供解决方案。
然而,它需要解决直流短路故障的隔离和排除问题,因此依赖于直流断路器等新技术的发展。
直流断路器的发展有两个难点:一是直流系统电流没有自然过零,交流断路器中成熟的灭弧技术无法应用;二是直流系统感应元件储能巨大,大大增加了直流故障电流分断的难度。
一、直流断路器日益增长的需求随着柔性直流输电及高压多端直流电网的发展,对直流断路器的性能提出了新的需求。
1高电压、大电流直流系统向多端、高电压、大电流方向发展,部分适用于中低压、小电流领域的直流开断方法不能满足直流断路器的发展需求。
2高速开断直流断路器的分断速度不仅决定了直流系统其他关键部件的冲击电流水平,而且决定了断路器本身的分断电流值。
新型多终端高压直流输电系统的发展,特别是柔性直流电网的发展,导致直流故障电流峰值大、上升速度快,这就要求研制超高速直流断路器。
3高可靠性和经济性与交流断路器不同,直流断路器若不能及时切断,会使故障电流峰值增大。
因此,直流系统比交流系统对断路器的分断可靠性有更高的要求。
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。
2024年高压直流断路器市场前景分析
2024年高压直流断路器市场前景分析引言高压直流断路器是电力系统中用于保护、切换、控制和断开高压直流电流的关键设备。
随着电力系统的发展和能源结构的优化改造,高压直流输电技术得到了广泛应用,从而推动了高压直流断路器市场的快速增长。
本文将对高压直流断路器市场的前景进行分析,探讨其发展趋势和机遇。
市场规模和趋势分析高压直流断路器市场自2000年以来呈现出持续增长的趋势。
这主要归因于下面几个因素:1.电力系统调整和优化:随着可再生能源和大规模电力工程的快速发展,现代电力系统对高压直流断路器的需求不断增加。
高压直流断路器在电网调整和优化中可以实现对直流电流的精确控制和管理,提高电力系统的可靠性和稳定性。
2.能源结构转型:全球范围内,能源结构正朝着清洁、可再生的方向发展。
在这个过程中,高压直流输电作为一种高效、可靠的电力传输方式逐渐得到普及。
高压直流断路器在高压直流输电系统中起到关键作用,因此市场需求不断增加。
3.技术创新和进步:高压直流断路器市场的发展受益于技术的不断创新和进步。
新材料、新型断路器设计以及数字化控制系统的应用,使高压直流断路器的性能得到改善,进一步提高了其在电力系统中的应用价值。
市场机遇和挑战分析高压直流断路器市场面临以下机遇和挑战:机遇1.国家能源政策的推动:众多国家纷纷推出支持可再生能源发展的政策和措施。
这将推动高压直流断路器市场的进一步扩大,满足可再生能源输电的需求。
2.不断增长的电力需求:随着工业化和城市化的不断推进,全球范围内对电力的需求呈现出持续增长的趋势。
高压直流断路器在大规模电力工程中的应用将继续增加。
挑战1.技术门槛较高:高压直流断路器的设计和制造需要较高的技术水平和专业知识。
这对相关企业的技术研发和人才培养提出了更高的要求。
2.市场竞争压力大:高压直流断路器市场已经存在一些大型企业,它们拥有先进的技术和强大的市场竞争力。
新进入者在市场竞争中可能面临较大的压力。
市场前景展望基于以上的分析,高压直流断路器市场前景积极向好。
直流配电网研究现状与发展
直流配电网研究现状与发展一、本文概述随着可再生能源的快速发展和分布式电源的大规模接入,直流配电网以其高效、灵活、经济等优势逐渐受到广泛关注。
本文旨在全面梳理直流配电网的研究现状,深入剖析其关键技术和挑战,并展望其未来的发展趋势。
文章首先介绍直流配电网的基本概念、特点及其在全球能源转型中的重要作用,然后重点分析直流配电网的关键技术,包括直流配电系统架构、直流断路器、直流负荷、直流电源接入等。
接着,文章将探讨直流配电网的运行控制策略,包括保护控制、优化调度、稳定性分析等方面。
文章还将关注直流配电网在规划、设计、建设及运行维护中面临的挑战和解决方案。
文章将展望直流配电网的未来发展前景,为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
二、直流配电网研究现状随着可再生能源的快速发展和电力电子技术的不断进步,直流配电网作为一种新型的配电方式,近年来受到了广泛的关注和研究。
直流配电网具有结构简单、效率高、电能质量优、易于实现智能化等优点,因此在未来的电力系统中具有重要的应用前景。
拓扑结构研究:直流配电网的拓扑结构是影响其运行性能的关键因素之一。
目前,研究者们提出了多种拓扑结构,如辐射状、环状、网状等,并针对不同的应用场景进行了对比分析。
同时,随着柔性直流输电技术的发展,基于柔性直流输电的直流配电网拓扑结构也成为了研究的热点。
控制策略研究:直流配电网的控制策略对于其稳定运行和电能质量控制至关重要。
目前,研究者们提出了多种控制策略,如电压控制、电流控制、功率控制等,并针对不同的控制目标进行了优化和改进。
同时,随着人工智能技术的发展,基于人工智能的控制策略也成为了研究的热点。
保护技术研究:直流配电网的保护技术是其安全运行的保障。
由于直流配电网的故障特征与交流配电网存在较大的差异,因此需要开发适合直流配电网的保护技术。
目前,研究者们提出了多种保护方案,如基于边界检测的保护、基于行波检测的保护等,并进行了实验验证和性能评估。
设备研发与应用:直流配电网的设备研发与应用是推动其发展的关键。
快速直流断路器研究现状与展望
快速直流断路器研究现状与展望摘要:本文首先叙述了快速直流断路器的技术要求和研制难点,从空气式直流断路器、直流固态断路器两种技术途径,分别介绍了其工作原理、优缺点和典型研究成果,最后指出了快速直流断路器研发中需要重点关注的问题。
关键词:直流;直流断路器;固态断路器;研发现状1快速直流断路器技术要求与研制难点1)合闸状态下,承载工作电流,满足温升和绝缘指标;2)分闸状态下,提供可靠的隔离断口,满足绝缘要求;3)接到分、合闸指令,可靠地执行分、合闸动作;4)系统故障时,快速限流分断短路电流,分断时间符合系统指标,分断过电压不超过系统绝缘的限定。
快速直流断路器研制的难点之一在于直流电力系统中电流不存在自然过零点,必须采用特殊的方法制造出电流零点。
另一方面,由于直流短路电流上升快、峰值高,断路器必须在数ms的时间内完成分断任务,才能满足直流电力系统限流分断的保护需要。
断路器分断过程通常包括故障检测、逻辑判断与脱扣、机构分闸(或固态开关触发)过电压建立与能量吸收耗散等多个环节。
快速直流断路器必须尽可能地减少各个环节的耗时,将全分断时间压缩在几ms内,且短时间内完成大量的系统储能吸收耗散,研制难度非常大。
2快速直流断路器研究现状2.1空气式直流断路器空气式直流断路器是以交流断路器灭弧技术为基础变革而来,主要包括脱扣系统、触头系统、操作机构和灭弧罩四大部分。
脱扣系统的功能是故障发生时完成检测与脱扣,保证断路器可靠分闸;触头系统的功能是长时间承载额定电流、短时承受过载和故障电流,在分断过程中促进电弧弧根的转移、跳变;操作机构的功能是实现断路器的分合闸动作,保证触头系统的分合闸速度要求,利于电弧运动与转移,提供合闸保持力,保证触头系统的动热稳定性;灭弧罩的功能是拉伸、切割、冷却电弧,建立电弧电压,限制短路电流上升,实现分断任务。
短路发生后(t0),空气式直流断路器首先经历脱扣器脱扣耗时、机构机械延时,而后触头分离(t1),通过磁吹或气吹等手段将触头间的电弧引入灭弧罩内,进行切割、强烈的冷却、去游离,建立起与电源电压相反的电弧电压;当电弧电压大于电源电压时,短路电流开始下降(t2),电弧持续燃烧一段时间(t1—t3),直至电流下降到零,断路器两端电压等于系统电压,分断过程结束(t3),如图1所示。
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直流断路器技术发展综述
摘要:直流输配电与交流输配电相比,采用直流输配电网络不仅可将可再生
能源与传统能源广域互联,充分提高可再生能源的利用率,而且可降低线路损耗,增加传输容量与传输距离,同时解决系统同步运行的稳定性。
高压直流断路器技
术是近年来解决直流输配电的热点技术之一。
本文主要分析直流断路器技术发展,以及其应用防护体系,以供参考。
关键词:高压直流断路器;机械本体;机械电子
1高压直流断路器技术概述
从高压直流断路器发展史来看,高压直流断路器大体可分为3大类型:基于
机械开关(常规机械断路器)的高压直流断路器,基于电力电子器件的全固态高
压直流断路器,以及混合式高压直流断路器。
直流断路器通常是由交流断路器改
造之后得到的,具有运行稳定、带载能为强、开断容量大、通态损耗小等优点。
2高压直流断路器专利发展分析
直流断路器由于分为机械本体和机械电子部分两大类,其中机械本体的发展
历史比较久远,从20世纪60年代开始,直流断路器的发展大致经历了以下3个
主要发展阶段:第1阶段(1966—1991年)为萌芽期。
该阶段属于全球直流断路
器的萌芽阶段,其年原创申请量均处于200件以下,且各年申请量呈现波动状态,发展速度持续维持在较低水平,未形成规模效应。
第2阶段(1992—2005年)为
发展期。
全球直流断路器得以被具有前瞻性的研究机构与企业所逐步重视,其原
创专利申请量也随之呈现整体上升的趋势,基本进入一个良性稳定发展阶段。
第
3阶段(2006年至今)为增长期。
全球能量管理技术越来越受到业界关注,随着
全球各大公司和研究所的加大投入,该领域的专利申请量也出现明显快速增长,
每年全球范围内的原创申请量以几百的速度递增,且年均增长率基本保持稳定。
ABB、三菱、东芝、日立、西门子、国家电网、伊顿、通用电气、平高、阿尔斯通。
其中排在前三名的ABB、三菱、东芝3家企业申请量相差不大,均在800件
上下,尤其ABB申请量快接近900件;在排名前十的申请人中,日本的3家企业
三菱、东芝、日立分别占据第二至第四名,尤其三菱、东芝两家企业申请量与第
一名ABB相差不大,其次欧美企业占据5个席位,进一步说明欧美以及日本发达
国家在高压直流断路器起步早,申请量大;相对而言,中国企业只有国家电网和
平高集团,而且排名相对靠后,反映出中国企业高压直流断路器发展起步晚,同
时也反映出对高压直流断路器的研发投入不如国外企业,难以形成技术优势。
请
重点技术近52年申请量趋势变化情况。
其中,机械本体技术申请量明显高于机
械电子技术申请量,这是因为2000年之前研究背景都是基于交流电网,限制了
高压直流断路器的发展,即对高压直流断路器的要求不高,不需要机械电子电路
的配合,随着直流电网的发展,直流断路器的机械电子部分的研究也得到了重视。
两者都在2013年前后申请量达到最高点,分别超过700件、300件。
由此可以看出,高压直流断路器技术中,机械本体结构研究时间比较久远,而机械电子部分
是新兴研究热点。
3应用防护方式
真空断路器在操作感性负载过程中产生的操作过电压直接威胁着设备安全,
造成设备绝缘击穿,甚至导致设备短路事故。
因此对真空断路器的操作过电压应
采取有效的抑制措施,保护用电设备的安全。
常用的保护装置如下。
(1)氧化锌避雷器。
即在设备相地之间安装氧化锌避雷器。
因氧化锌阀片有优良的非线性伏安特性,因此氧化锌避雷器具有响应速度快、续流小、动作稳定等优点。
但相地安装
的氧化锌避雷器只能防护相地过电压,而相间有2倍相地的残压,因此其不能有
效保护变压器、电抗器、电动机等感性负载的相间绝缘。
(2)三相四柱式过电压保护器。
这种过电压保护器在理论上可以解决相地、相间过电压的防护问题,分无间
隙和有间隙两种类型,曾在企业电网中大量使用。
但近20年来的运行结果表明,这类产品由于事故率高,自身的安全问题无法解决而逐渐被淘汰。
(3)阻容吸收装置。
接入RC阻容吸收装置,可吸收真空断路器操作时感性负载释放的能量,抑
制高频过电压幅值及陡度,降低过电压的水平及频率,对重燃过电压也能起到很
好的抑制作用。
但是RC阻容吸收装置在正常运行时会受到系统高次谐波的影响,可能出现电容发热、击穿,甚至发生爆炸事故。
另外,体积大,无法实现柜内安装,限制了RC阻容装置的推广应用。
(4)六柱避雷器。
上述三种防护措施都有缺点,均难以满足性能及使用的要求。
而六柱避雷器
采用了相间和相地相同、独立的氧化锌避雷器,使相间、相地具有相同的过电压
防护水平,能够有效抑制相地、相间过电压,保护设备的相间、相地绝缘。
通过
紧凑化结构设计,配合真空浇注工艺可使得装置免受内外环境的影响。
其具有体
积小、安装方便的优点,可广泛应用于各种用电场合,并可以实现在线检测,是
一种理想的过电压防护装置。
六柱避雷器结构如图所示。
图1六柱避雷器
真空断路器操作三相电抗器,发生三相电流同时截流时产生的过电压水平最高。
相间过电压大于相地过电压。
真空断路器操作时会造成系统零序电压低频波动,低频零序电压会激发系统母线PT铁磁谐振,造成熔丝熔断等事故。
真空断
路器操作感性负载引起的操作过电压的危害越来越受到关注,六柱避雷器可有效
防护真空断路器操作时产生的相间及相对过电压,保证变压器、电感、电动机等
设备的安全运行。
统计资料表明,电力系统运行的可靠性在很大程度上取决于系
统中各种电气设备的绝缘水平及工作状况,而电力系统中经常出现的过电压是影
响设备绝缘状态并引起绝缘故障的主要原因。
真空断路器操作感性负载,如变压
器、电抗器、电动机时,操作过程中因截流、重燃、弹跳等会产生很高的操作过
电压,不仅发生在相地间,也发生在相间,会对系统母线及负载的绝缘造成很大
的威胁,严重时导致负载绝缘击穿。
另外,操作真空断路器过程可能造成母线电
压扰动,激发铁磁谐振,导致母线PT熔丝熔断,甚至烧毁的事故。
本文设计一
套试验装置,通过测试、分析真空断路器操作10kV电抗器时产生的过电压及
母线电压扰动,为现场故障问题分析及解决提供数据支撑、技术支持。
结语
当前全球原创专利申请整体上均呈现高速增长态势。
从全球范围来看,该领
域的专利申请量自1968年开始进入逐年增长阶段,2007年后更是步入一个快速
增长期,表明该技术经过此前几十年的积累与沉淀,目前已具备突破发展的实力。
全球范围内重点申请人集中持有较大份额专利申请;国内申请人过于分散,优势
申请人正在形成过程中。
在高压直流断路器领域全球申请量排名前十的申请人中,只有2位申请人申请量排名进入前十,分别是第六名国家电网,第九名平高,显
然作为具有国企背景的企业,其申请量进入前十与背后政府的相应政策支持具有
很大的关系。
然而在申请量排名的前十中有3家日本企业,分别是日本的三菱、
东芝以及日立,位居第二、第三、第五。
可见,日本申请人在该领域已形成集团
优势。
而除去中国和日本的申请人,剩余申请人也是整个开关领域的领军人物,
例如ABB、西门子、通用电气等,依旧保持着高申请率。
参考文献
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