高压直流断路器的研究(结课大作业)
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。
直流断路器的基本原理和实现方法研究
直流断路器的基本原理和实现方法研究摘要：近年来，随着储能技术的不断进步，分布式电源的快速发展，直流负荷的日益增加，以及由于具有传输容量大、线损低、可靠性高等优势，直流电网受到了人们的关注。
建立直流电网，可以充分实现多种能源形式、多时间尺度、大空间跨度、多用户类型之间的互补，是未来电网的重要发展方向。
关键词：直流断路器；断流原理；实现方法引言：直流断路器技术是直流电网发展的技术瓶颈。
现有的混合型高压直流断路器存在成本高的缺陷，现有的机械式直流断路器开断速度慢、可靠性低。
1直流断路器的基本原理和未来发展直流电网有2种基本的构网方式：第1种构网方式采用基于半桥子模块的MMC加直流断路器方案，这种构网方式适用于端数任意多的直流电网；采用半桥子模块MMC加直流断路器的构网方式时，直流线路故障期间通常要求换流站继续运行，不能闭锁，故障线路由直流断路器快速切除，其故障处理原则与交流电网类似。
第2种构网方式采用具有直流故障自清除能力的MMC，例如采用基于全桥子模块的MMC，但无需直流断路器，这种构网方式适用于端数小于10的小规模直流电网；采用无直流断路器的构网方式时，直流线路故障期间网内相关换流器闭锁，闭锁后约10ms时间内直流故障电流到零并稳定于零值，再通过隔离开关来隔离故障线路，然后相关换流器解锁重新恢复送电，从故障开始到恢复送电的时间一般约为20ms，通常对交流电网的冲击在可以承受的范围之内。
开发直流断路器的根本难点主要在2个方面：（1）直流电网的直流故障电流是单极性的，没有过零点，无法套用交流断路器的开断原理；（2）直流电网中的直流故障电流发展速度大大高于交流电网中的故障电流，直流断路器必须在直流故障电流达到稳态值前开断直流故障电流，因此对直流断路器的开断速度要求很高。
直流断路器由其结构特点和工作原理可知，正常工作时，电流流过机械断路器，所以其通态损耗低，与机械断路器相当；发生短路故障时，流过机械开关的电流到固态断路器，固态断路器分断速度迅速，整个直流断路器分断时间小于10ms（有些拓扑结构小于6ms），能够满足目前直流输电的要求，并且可扩充容量，可重复操作，但是技术难度相对较大。
高压直流断路器试验技术研究分析 张益
高压直流断路器试验技术研究分析张益发表时间：2020-08-19T15:55:33.783Z 来源：《基层建设》2020年第10期作者：张益1 徐红群2[导读] 摘要：我国电力行业的快速发展推动我国整体经济建设发展迅速，使得我国快速进入现代化发展阶段。
1身份证号 21010319811109xxxx2身份证号 21010419820906xxxx摘要：我国电力行业的快速发展推动我国整体经济建设发展迅速，使得我国快速进入现代化发展阶段。
相比交流电网，直流输电在线路损耗、传输容量、传输距离、新能源并网、分布式发电等方面具有更大的优势。
直流输电网可以提高输送能量、增加系统控制自由度并且提高供电质量。
关键词：电弧；电流过零点；开断电流；振荡电路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.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。
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摘要：在电力使用的过程中，根据电压大小还分为高压电和低压电，在进行电力使用的过程中，虽然能够给各种工作带来较大的帮助，但在使用的过程中依旧存在着较多的问题，首先便是在进行使用过程中存在的安全问题，高压电使用过程中，这个问题更加明显，高压电使用不当导致的事故数不胜数，造成了大量的人员伤亡。
因此，在使用高压电的过程中，必须要有确保其安全性的装置，断路器便是提高高压电使用过程中安全性的重要装置。
通过断路器在出现事故时，能够有效电力系统进行控制，将损失降至最低。
因此，在电力系统使用之前，必须对高压直流断路器进行试验，确保其能够正常运行。
关键词：高压直流断路器；开断试验；方法引言随着高压输电技术的迅速发展，高压直流输电以其独特的优势得到了广泛的重视。
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，输电损耗小，可以解决不同频率系统之间的同步运行问题等诸多优点。
文中分析了高压直流断路器的基本结构，介绍了高压直流断路器开断试验的基本方法。
1高压直流断路器基本构成1.1机械式高压直流断路器机械式高压直流断路器的基本拓扑结构主要由机械开关、电流转移支路和能量吸收支路组成，其中电流转移支路由预充电电容C、电感L及触发开关K组成，吸能支路为金属氧化物避雷器。
当系统正常工作时，机械开关CB闭合，系统电流流过机械开关，通态损耗较小。
当系统发生短路故障时，机械开关触头分开并燃弧。
开断电流时，机械开关触头分开，机械开关燃弧，机械开关达到有效开距后电流转移支路的触发开关K导通，预充电的电容C与电感L振荡产生高频反向电流使机械开关电流过零，机械开关过零熄弧；此时机械开关两端的恢复电压上升，当达到避雷器MOV动作电压时，避雷器导通吸收系统中感性负载存储的能量，完成故障电流的开断。
1.2混合式高压直流断路器在高压大容量直流输电系统中，混合式高压直流断路器多为强制换流型直流断路器，其基本结构主要由固态开关、机械开关和负载转换开关组成的载流转移支路以及能量吸收支路构成。
高压直流断路器在柔性直流工程中的应用研究
科学技术创新2020.21高压直流断路器在柔性直流工程中的应用研究侯玮琳（华北电力大学，北京102206）1概述随着化石能源的逐渐枯竭以及由此带来的生态环境不断恶化等问题，世界各国广泛开展对风能、太阳能等可再生能源的开发和利用。
除常规的火力发电厂外，风电场与光伏电站逐渐在电力系统发电端的兴起，给输配电网络带来了新的挑战。
为解决采用交流输电技术存在的电力系统调峰、电力系统安全、电能质量等诸多问题，直流输电因在稳定性和容量方面都有着很大优势而得到广泛关注。
柔性直流输电技术是一种基于可关断半导体器件绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）摘要：随着太阳能、风能等多种可再生能源的兴起，发展可再生能源，实现多端互联是未来电网发展的新方向。
多端柔性直流输电系统可以解决大规模新能源消纳问题，因此受到社会的广泛关注。
本文首先研究了应用于舟山柔性直流输电工程中的高压直流断路器的拓扑结构，分析了其工作原理，并建立了反映其在实际工程中运行情况的仿真模型。
最后对直流侧短路故障发生后的暂态过程进行仿真，并对结果进行了分析。
关键词：柔性直流输电；高压直流断路器；电磁暂态Abstract:With the rise of various renewable energy sources such as solar energy and wind energy,the development of renewable energy sources and the realization of multi-terminal interconnection are the new directions for the future development of the power grid.The multi-terminal flexible DC transmission system can solve the problem of large-scale new energy consumption, so it has been widely concerned by society.This paper studies the topology of high voltage DC circuit breakers used in Zhoushan Flexible DC Project,analyzes its working principle,and builds a simulation model that reflects its actual operation.Finally,the transient process after the DC side short circuit fault occurred is simulated,and the results are analyzed.Key words:Flexible DC transmission;High voltage direct current circuit breaker;Electromagnetic transient中图分类号:TM561文献标识码:A文章编号:2096-4390(2020)21-0018-02（转下页）[29]赵冠华,许斌,等.应用MALDI-TOF-MS检测肺鳞癌患者血清多肽并分析其与化疗疗效相关性[J].中国肺癌杂志,2017(5):318-325.[30]伊力亚尔·努尔如拉,木拉提·热夏提,王文光,等.肾透明细胞癌血清差异性蛋白质表达及临床意义研究[J].中国全科医学, 2015,18(3):288-293援[31]Lin Y,Goedegebuure PS,Tan MC,Gross J,Malone JP, Feng S,Larson J,Phommaly C,Trinkaus K,Townsend RR, Linehan DC.Proteins associated with disease and clinical course in pancreas cancer:a proteomic analysis of plasma in surgical patients[J].J Proteome Res2006,5(9):2169-2176. [32]Yang F,Xiao ZQ,Zhang XZ,et al.Identification of tumor antigens in human lung squamous carcinoma by serological proteome analysis[J].J Proteome Res,2007,6(2):751-758. [33]马晓丽,刘娟,等.应用iTRAQ技术筛选预测食管鳞癌放化疗疗效优势蛋白的研究[J].现代肿瘤医学,2019,27(09):1536-1541.[34]Fu Y,Xu X,,Huang D,et al.Plasma Heat Shock Protein 90alpha as a Biomarker for the Diagnosis of Liver Cancer:An Official,Large-scale,and Multicenter Clinical Trial[J].EBioMedicine,2017,24:56-63.基金项目:湖南省高等学校科学研究项目(项目编号：10C0264)。
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开断试验方法是高压直流断路器运行状态和性能检验的重要内容。
它是检验高压直流断路器综合性能、绝缘水平和可靠性的重要依据。
在高压直流系统中，高压直流断路器可有效地完成开关、保护和隔离的作用。
断路器的绝缘水平是系统可靠性和安全性的关键，因此开断试验对于其质量来说至关重要。
开断试验是为了检验断路器的绝缘水平和接触器开断能力，以保证其安全、可靠运行。
断路器的开断试验是断路器在上次开启后的重新关断过程，通过模拟断路器操作的开断过程，计算开断时间以及断路器开断能力，并对开断时线路的放电情况进行分析，以确保断路器的正常运行。
1、准备工作在开断试验之前，应先检查断路器的外部结构和绝缘材料，确认没有松动现象，绝缘和密封处没有明显疲劳现象；确认电极间隙距离正确，对断路器是否有脏物和水份有充分清除，检查断路器内部结构是否正常，检查熔断丝是否已更换，发现问题及时更换。
2、操作步骤(1)断路器分闸：在断路器的操作传动机构上，按“合-分”的动作，快速将断路器从“合”状态转为“分”状态。
(2)开断试验：将断路器分闸之后，从断路器的发电侧，将额定的相应电压依次加到断路器的接触器头上，使断路器进行开断实验，放电情况以及开断时间和开断能力等都可以得到检测。
(3)合闸试验：断路器合闸试验是模拟断路器操作时首次合闸的情况，合闸时应加载安定电流，检验断路器的正常运行情况，以及断路器的合闸动作时间和合闸能力。
三、试验结果分析高压直流断路器的开断和合闸试验，可以检验断路器的开断时间、开断能力、合闸时间、合闸能力等。
如果发现断路器分闸时间太长或者放电量大、合闸时间太长等异常情况，应尽快更换断路器，以确保系统的可靠和安全运行。
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] 。
混合式高压直流断路器原理分析及实验验证
混合式高压直流断路器原理分析及实验验证高压直流断路器是保障直流电网系统安全、稳定运行的关键设备之一。
对机械式高压直流断路器、全固态高压直流断路器和混合式高压直流断路器的技术概况和国内外研究现状进行详细介绍,通过对比分析可知,混合式高压直流断路器结合了机械开关和电力电子器件两者的优点,动作时间快、通态损耗小、工作可靠性高,具有很重要的研究意义。
提出一种基于全控型电力电子器件的混合式高压直流断路器拓扑结构,其结构主要包括限流电感、主通流支路、主分断支路、吸能支路及交流断路器。
该拓扑方案采用对称结构,不仅能够实现电流的双向通断,而且减少器件数量,降低设备成本;主通流支路采用机械开关和IGBT开关串联,通流能力强,通态损耗低。
分析该直流断路器短路分断原理和时序动作过程,对直流断路器的特征参数短路电流进行理论推导,并提出限流电感、主分断支路和避雷器参数设计原则。
对主分断支路在分断短路电流过程中涉及的IGBT串联均压、并联均流技术进行研究,分析串联运行IGBT不均压、并联运行IGBT不均流原因。
基于主分断支路IGBT处于低频开关状态的特性提出RCD缓冲电路均压措施,并针对RCD缓冲电路缓冲电容和关断时间矛盾的问题,提出改进式RCD缓冲均压电路;针对并联运行IGBT不均流问题提出栅极电阻补偿法。
在仿真软件中进行建模仿真,验证该均压、均流措施的可行性。
在仿真软件中,搭建带混合式高压直流断路器的两端高压直流输电系统等效模型,对比仿真分析限流电感、避雷器参数对直流断路器分断性能的影响,并对直流断路器短路工况下动作过程和电流转移过程进行仿真,验证前文理论。
在实验室搭建了小功率的直流断路器原理样机,在低电压小电流条件下进行实验,验证直流断路器电流转移和能量吸收原理。
仿真和实验结果表明,提出的混合式高压直流断路器不仅能有效切除短路故障,而且减少器件数量,降低成本,减小装置体积。
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一、引言高压直流断路器是电力系统中非常重要的设备，其主要功能是在系统故障时及时进行断开，从而保护电力设备和维护系统的安全稳定运行。
而高压直流断路器的开断性能对于电力系统的安全运行有着至关重要的作用。
为了确保高压直流断路器的开断性能符合要求，需要进行开断试验。
本文旨在探究高压直流断路器开断试验的方法，以期对相关工程技术人员有所帮助。
二、高压直流断路器开断试验概述高压直流断路器开断试验是指在电力系统中对高压直流断路器进行开断性能测试的一种试验方法。
其主要目的是验证高压直流断路器在系统故障时能够迅速、可靠地进行断开，从而防止因故障而引起更大的事故发生。
开断试验通常包括有载试验和无载试验两种，其中有载试验主要是验证断路器在负载情况下进行断开的性能，而无载试验则是在断路器不承载电流的情况下进行断开性能测试。
1. 试验准备在进行高压直流断路器开断试验之前，首先需要进行试验准备工作。
主要包括检查试验设备的工作状态和试验环境的安全情况，确保试验设备完好无损，并且确保试验现场的安全。
还需要对试验装置进行检修和校准，以确保试验结果的准确性。
2. 试验前检查在进行具体的开断试验之前，需要对断路器进行试验前检查，主要包括检查断路器的机械连接部分和电气连接部分，确保各部件的连接正常，不松动，无损坏。
还需要检查试验线路的接线情况和地线的连接情况，确保试验线路的安全可靠。
3. 有载试验有载试验是对断路器在负载情况下进行断开性能测试的一种试验方法。
在进行有载试验时，需要按照规定的试验值进行接线和设置试验参数，并在试验过程中对断路器的电流、电压等参数进行实时监测和记录，以验证断路器在负载情况下的开断性能是否符合要求。
5. 试验记录和分析在进行高压直流断路器开断试验之后，需要对试验结果进行记录和分析，包括试验过程中的各项参数数据和试验现场的情况等。
通过对试验记录和分析，可以更好地了解断路器在实际工作中的性能表现，从而为断路器的后续运行提供参考和依据。
直流断路器的基本原理和实现方法研究
直流断路器的基本原理和实现方法研究摘要：在本文中我们首先对直流断路器拓扑及工作原理进行了简单的分析，然后在此基础之上对直流断路器功能及性能进行了有效的研究，最后基于故障通路串入无穷大电阻断流法的直流断路器实现方案进行了详细的分析，以供参考。
关键字：直流断路器；基本原理；实现方法1 直流断路器拓扑及工作原理高压直流断路器根据其结构不同分为许多类型，本工程采用的级联全桥混合式直流断路器主要由 3 条并联支路构成，即主支路、转移支路和耗能支路。
主支路用于导通系统负荷电流，由快速机械开关和少量全桥模块串联构成，通态损耗低；转移支路用于分断系统短路故障电流，由多级全桥模块串联构成；耗能支路用于吸收系统短路电流并抑制分断过电压，由避雷器组构成。
直流断路器运行原理为：稳态运行时，系统负荷电流经主支路导通；当发生直流短路故障时，主支路全桥模块中 IGBT 关断，电流向转移支路转移；主支路电流迅速下降直至 0（约150 μs），此时分断主支路的快速机械开关，2 ms 后快速开关打开足够开距，能够耐受直流单极额定电压 1.5 倍的暂态分断电压，此时闭锁转移支路，使得短路电流向转移支路全桥模块电容充电，直流断路器两端电压迅速升高；当直流断路器两端电压达到避雷器保护水平时，短路电流全部转移至耗能支路，避雷器吸收故障系统电感储存能量直至电流过零，完成故障电流分断和故障点隔离。
2直流断路器功能及性能直流断路器具备开断直流电流的能力，同时其分合速度快，可有效实现换流站的带电投退和故障的快速隔离。
运行过程中，可能会遇到单个换流站故障或检修需要退出以及检修结束换流站需重新投入运行的情况，工程直流侧原采用隔离刀闸作为分断设备，由于隔离刀闸并不具备分断电流的能力且分合过程耗时较久（8~12 s），导致采用隔离刀闸进行换流站的带电投退有较大风险。
采用直流断路器即可实现该功能。
2.1 换流站退出逻辑采用直流断路器实现单个换流站带电退出，可直接在运行过程中分断直流断路器，但为了减少退出过程中对系统造成的扰动。
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开断试验方法是指对高压直流断路器进行开断试验的一项技术手段。
该技术手段主要用于检测高压直流断路器的性能和可靠性，确保其能够在高压直流电力系统中正常运行，保障电力系统的安全和稳定运行。
下面，本文就高压直流断路器开断试验方法进行探究。
高压直流断路器开断试验方法的原理是通过对高压直流断路器进行开断试验，将试验电压施加到断路器上，使断路器在试验电压的作用下发生开断操作。
在试验过程中，根据测试数据来评估断路器的性能和可靠性。
因此，高压直流断路器开断试验方法是一种相对简单、直观的检测方法。
1. 断路器与测试电路的连接。
首先需要将待测的高压直流断路器与测试电路连接，需要注意的是连接方式要符合试验要求，接线需牢固可靠。
2. 施加试验电压。
将试验电源接入待测的高压直流断路器电路中，将试验电压逐渐升高直至达到试验要求。
在施加试验电压前需确保试验电源稳定并符合试验标准。
3. 儲能。
当试验电压达到设定值后，需要对断路器进行儲能。
儲能操作是在试验电压的充电过程中进行的。
4. 触发开断。
儲能完成后，需要通过外部触发器触发开关开断。
在触发器的作用下，断路器就会发生开断操作。
5. 断路器自我收合。
一般情况下，开断试验常常需要多次重复，为了能够继续下一次的开断操作，需要将断路器自我进行收合。
6. 数据记录与分析。
开断试验结束后，需要对试验过程中所测得的数据进行记录和分析，评估断路器的性能和可靠性。
在进行高压直流断路器开断试验时，有以下几个注意事项：1. 断路器的接线需要符合试验标准，接线牢固可靠，以免引起事故。
2. 测试电源需要符合试验要求，测试电压需要逐渐升高，以免断路器受到过高电压的冲击。
3. 儲能操作需要仔细，操作不当容易引起事故。
4. 触发开断操作需要精准，尽量避免多次重复。
总之，高压直流断路器开断试验方法是一项重要的电力系统检测技术，能够确保断路器的性能和可靠性，保障电力系统的安全和稳定运行。
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电力系统中一种重要的开关设备，已被广泛应用于电力系统、高速铁路、风电、太阳能等领域。
高压直流断路器在运行过程中，可能会出现各种故障，如过电流、过电压等，此时应及时进行开断试验，以确保设备正常运行。
本文将探究高压直流断路器开断试验方法，并介绍开断试验的依据和注意事项。
一、开断试验依据开断试验是通过模拟真实运行条件，在不实际通电的情况下检验断路器开断能力和性能的测试方法。
该测试依据国际电工委员会(IEC)和国际电气标准化组织(ISO)的相关标准进行，主要测试对象有以下几个方面：（1）开断能力：测试设备在不同电流和电压条件下，能否正常开断，并检查是否有弧光、过电压等问题。
（2）机械性能：测试设备的机械结构、运动部件等是否正常，是否存在松动、卡滞等问题。
高压直流断路器开断试验是一项复杂的测试工作，需要严格按照相关标准进行，以确保测试结果的准确性和可靠性。
一般来说，开断试验分为三个阶段：前期准备、试验实施和试验结果分析。
（1）前期准备在进行开断试验之前，需要进行一些前期准备工作，包括以下内容：1. 安装设备：按照规定要求，正确安装设备，并检查设备安装是否牢固、接线是否正确、仪表是否正常等。
2. 检查试验装置：确保试验设备的准确性和可靠性，如检查试验电源是否稳定，检查试验仪器的精度和灵敏度等。
3. 试验方案编制：制定详细的试验方案，包括试验条件、试验过程、数据处理和分析方法等。
（2）试验实施在进行开断试验时，需要按照预定的试验方案进行操作，具体步骤如下：1. 调整试验装置：根据试验方案要求，按照相应的电流和电压值调整试验装置。
2. 加载试验：在试验工况下，逐步增加电流或电压，直到达到预设值，并保持一定时间，记录相关数据。
3. 开断试验：在加载试验的基础上，进行开断测试，测试后应检查是否有弧光、过电压等问题。
4. 试验结束：试验完成后，将试验数据记录下来，并将试验电路恢复至正常状态，停止试验装置的运行。
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。
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电力系统中的重要设备，其在电力系统中的功能是对高压直流电路进行控制和保护。
在高压直流断路器设计、制造和使用过程中，需要进行开断试验来检验其性能和可靠性。
本文将探究高压直流断路器开断试验方法，包括测试设备、试验步骤、试验过程和试验结果评定等方面。
一、测试设备高压直流断路器开断试验需要配备如下测试设备：1、高压直流电源：提供高压直流电压，可以调节电压和电流的大小。
2、高压互感器组：将高电压信号变换成低电压信号，并能够将直流信号隔离。
3、高精度数字直流电流表：测量实际的直流电流值。
4、记录仪：记录试验数据，包括电流、电压和时间等。
5、短路装置：将高压直流电路短路，使得高压直流电流得以流通。
二、试验步骤1、预热阶段：将高压直流断路器接入高压直流电源和短路装置，并加以预热，使电器元器件逐渐升温至稳定状态。
2、线路充电阶段：将高压直流电源输出电压设置为额定值，并打开短路装置，让直流电路开始充电。
3、试验阶段：当直流电路充电到一定程度时，启动高压直流断路器，使断路器开断。
记录开断前后的电流、电压和时间等参数，进行数据分析和评估。
4、恢复阶段：将高压直流电路重新短路，使得电路达到稳定状态。
关闭测试设备，结束试验。
三、试验过程1、试验前需要确认测试设备的运行状态和互相连接的正确性。
2、开始前应预先校准测试设备，确保其准确度满足要求。
3、在测试过程中应定期检查测试设备的状态，确保其处于正常工作状态。
4、测量数据应多次重复，并记录每次测量的数据。
5、试验结束后，需要对试验结果进行综合分析和评估，评估试验结果的正确性和可靠性。
四、试验结果评定高压直流断路器开断试验结果应根据以下几个方面进行评定：1、试验前后电流、电压、时间等参数的变化程度。
2、试验过程中测试设备的精度和可靠度。
3、试验结果符合规范要求的正确性和可靠性。
4、试验结果综合分析，识别可能存在的问题和潜在风险。
新型高压直流断路器开断能力的研究
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本 文将 在 以 Ｓ Ｆ ６ 为 绝缘 介质 的典 型 高压 直流 断 路 器 的 电路 拓 扑 基 础 之 上 ，引 进 分 流 限 流 电 阻 和
辅 助断路器装置 的方式构造 了一种新型高压直流
断 路器 。在 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ平 台下 ，建立 了对应 的
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高压直流断路器试验技术探究
高压直流断路器试验技术探究发表时间：2018-09-12T10:21:21.053Z 来源：《河南电力》2018年7期作者：庞博贾龙[导读] 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。
高压直流断路器及其关键技术研究
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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。
直流断路器的基本原理和实现方法研究
直流断路器的基本原理和实现方法研究摘要：本文试图从直流电网的基本特性出发，研究直流断路器的直流故障电流开断原理，从而提出实现直流断路器的技术路线。
关键词：直流断路器；断流原理；串入无穷大电阻；串入电容引言直流断路器是直流电网的核心元件，为此，深入研究了直流断路器的基本原理和实现方法。
首先从理论上论述了直流电流开断的2条基本途径；其次介绍了基于故障通路串入无穷大电阻断流法的直流断路器实现方案；接着针对基于故障通路串入电容改变直流故障电流性质法提出了原理上可行的技术方案[1]。
1开断直流故障电流的2条基本途径直流电网有2种基本接线方式：其一是伪双极接线，如附录A中的图A1(a)所示；其二是与传统直流输电系统类似的双极接线，如附录A中的图A1(b)所示。
不失一般性，本文采用的电路模型来分析直流断路器开断直流故障电流的原理。
图1中：换流器是基于半桥子模块构成的MMC。
若直流线路某点发生接地短路，MMC可以有2种工作模式：其一是不闭锁模式，此时从直流侧看，MMC可以等效为一个直流电压源；其二是闭锁模式，此时MMC的行为表现为一个二极管整流器，从直流侧看，MMC可以等效为以直流电压为主但具有谐波的电压源。
不管MMC是处于闭锁模式还是处于不闭锁模式，从MMC流到故障点的电流都是单极性的，要使此单极性的电流下降到零，只有2条途径：第1条途径是在直流故障电流通路中串入1个无穷大电阻，此时不管MMC等效电压源数值的大小，直流故障电流都会下降到零；第2条途径是在直流故障电流通路中串入1个电容，使得故障通路转变为1个L−C振荡电路，从而使单极性的直流故障电流转变为交流电流，并在此交流电流第1次过零点时截断直流故障电流。
下面将对上述直流断路器开断直流故障电流的2条基本途径作进一步的分析[2]。
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。
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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。
在交流系统中，交流电流在每个周期内有 2 个自然过零点，同时系统中储存的磁能也为零，这为交流电弧的熄灭和电路的开断创造了很好的条件。
绝大多数交流开关设备都利用这一原理实现短路电流的开断。
但在直流系统中，直流电流缺乏自然过零点，因此直流电流比交流电流难以开断，而这一问题在HVDC电网中更加严峻。
现有两种传统的方式可以开断直流电流：一是靠拉长电弧的长度直至其在一定的电弧电压下不能持续，从而实现灭弧。
显而易见此方式不适用于高压直流系统；另一方法是人为创造电流零点，即由电感、电容组成辅助振荡电路，通过使电容放电引入高频交流电流造成电流零点，再利用传统的交流断路器切断电弧。
到目前为止，所有商业化的直流断路器均基于此原理达到开断直流电流的目的，它们一般用于负荷电流的关合与开断，而短路故障电流的开断能力很低。
所以，如何提高直流断路器的开断容量成为了一道复杂的难题，这也是高压直流断路器所面临的一大挑战。
HVDC电网中短路电流的幅值和上升速度与很多因素有关，主要包括以下几个方面：1)直流网络的拓扑结构；2)所采用的换流器技术(LCC或VSC)；3)直流侧电容、电感(包括分布参数)；4)短路点的位置；二、高压直流断路器概述高压直流断路器大体可分为3种类型：基于机械开关（机械式常规断路器）的机械式直流断路器、基于电力电子器件的全固态直流断路器，以及整合前两者优点的混合式直流断路器。
2.1机械式直流断路器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放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，一般是通过适当改造常规机械式交流断路器结构，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。
早在１９世纪７０年代初，美国ＧＥ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，其拓扑结构如图１所示，主要由机械开关、振荡换流回路，以及吸收、放电回路等部分构成。
2.2固态直流断路器２０世纪７０年代末，出现了以晶闸管（ＳＣＲ）作为开关元件的直流断路器，因其采用电力电子器件实现对电流的通、断控制，故被称为固态直流断路器。
固态直流断路器根据其所采用电力电子器件类型的不同，可划分为如下２类。
1)半控型固态直流断路器，其拓扑结构如图３所示。
半控型器件主要以ＳＣＲ为代表，具有容量大、通态压降小、损耗低、价格低等优点，是最早用于研发全固态断路器的器件之一。
这种固态直流断路器理论研究已较成熟，其工作原理、拓扑结构简单，且控制策略容易实现，具有较高的可靠性，工业应用广泛。
但ＳＣＲ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ＳＣＲ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。
2)全控型固态直流断路器，由于ＧＴＯ，ＩＧＢＴ，ＩＧＣＴ，ＥＴＯ等全控型电力电子器件通、断均可控。
因此，基于其的固态直流断路器无需附加振荡换流回路，从而可实现快速关断，减少关断时间，降低切断故障电流值。
１９８７年，美国德克萨斯州大学研制出基于ＧＴＯ的２００Ｖ／１５Ａ固态直流断路器，其拓扑结构如图４所示。
2.3混合式直流断路器20世纪90年代，T.Genji等人提出一种基于真空断路器和固态开关构成的混合式直流断路器，综合了机械开关良好的静态特性与电力电子器件良好的动态性能。
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２种。
1．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ＧＴＯ，ＩＧＢＴ，ＩＧＣＴ等全控型电力电子器件构成（拓扑结构见图５），其分断基本原理如下：利用机械开关分断时产生的电弧电压，为固态开关（已施加触发脉冲）建立阳极正向电压，使其顺利导通；固态开关导通后，由于开关触点间电弧电阻大于固态开关导通电阻，使得电流能够自然地从机械开关换流至固态开关，从而保证机械开关在低压小电流下顺利分断；机械开关分断后立即关断固态开关，从而切断电流通路。
2．强制换流关断型混合式直流断路器的换流关断原理类似于机械式直流断路器，即也采用电感、电容串联谐振回路产生谐振电流，从而制造电流过零点实现快速开断与灭弧。
其拓扑结构如图６所示。
该方案中固态开关部分由ＳＣＲ、功率二极管及ＬＣ谐振电路等构成，是一种可强制关断的半控型双向桥式开关电路。
这种强制换流关断型混合式直流断路器可适用于容量较大的场合，但因固态开关采用半控型器件，且须借助谐振回路才能实现换流关断，故其结构复杂、体积较大，可控性与关断速度也要差些（与图５相比）混合式直流断路器综合了机械式断路器与固态断路器的优点，具有通态损耗小、开断快速可控、无弧（微弧）无响声、开关寿命长、可靠性高、无需专用冷却设备等优点，是目前高压直流断路器研发的主要方向。
三、各种直流断路器在直流系统中的功能要求3.1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路器NBS，这种断路器应满足开断在换流站极内和直流输电线上所发生的任何故障的直流电流。
NBS 中的开断装置必须实现合-分-合操作循环。
换言之，开断装置实现此操作循环而无需对操作机构充电。
在转换失败或电动机掉电情况下，此功能可以保证开断装置到达闭合位置。
3.2中性母线接地断路器NBGS每个换流站都有一台NBGS。
当接地极退出运行时两端换流站的NBGS 应自动将中性母线转接到换流站地网。
NBGS 不要求具备大电流的转换能力，但必须能在双极运行时打开，以及将双极不平衡电流转换至接地极。
NBGS 应具有下述控制和联锁装置：1）接地极退出运行时，NBGS 应自动合上。
NBGS只能手动打开，并配备联锁装置，当电流超过NBGS的转换能力时，NBGS 不能打开。
当NBGS 在单极运行时闭合或在NBGS 闭合时换流站高压直流一极闭锁，控制和保护装置应能自动减小直流电流，并将该极切除。
2）NBGS （包括金属回路转换断路器MRTB、大地回路转换断路器ERTB）中的开断装置必须实现分-合操作循环，即开断装置实现此操作循环而无需对操作机构充电。
在转换失败或电动机掉电情况下，此功能可以保证开断装置到达闭合位置。
3.3金属回路转换断路器MRTB其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，当运行极运行在2 h 过负荷的功率水平上也应能成功地进行这种转换。
3.4大地回路转换断路器ERTBERTB 用以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通道向大地回路通道的转移不应引起直流功率的任何降低，对于2 h 过负荷功率的直流运行电流，这种转移也应能进行。
为了满足在直流系统中的以上功能要求，直流断路器主要性能、基本结构、开断原理和试验验证技术与交流断路器都有较大区别。
四、直流断路器的主要性能4.1绝缘性能4.1.1额定运行电压额定运行电压是指直流断路器在规定的正常使用和性能条件下，能够连续运行的电压。
选取值为：（直流，kV）10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100。
4.1.2 绝缘水平及绝缘强度直流断路器绝缘水平及绝缘强度的考核指标除了额定短时工频耐受电压以外，还有额定冲击耐受电压。
选取值见表1。
4.2电流转换性能用于改变运行方式的断路器，如MRTB 和ERTB，在无冷却的情况下具有连续转换两次的能力，即分闸后，如果电弧不能熄灭则应使断路器再重合闸，然后再分闸。
对用于保护的断路器，如NBS和NBGS，则应满足转换一次的能力。
这种电流转换性能是不同于交流断路器的性能要求的。
这些断路器转移额定电流次数的能力即电寿命，则由具体直流输电工程的运行要求来确定，一般不低于1000 次。
而对于MRTB 及ERTB 每年在无冷却的情况下，只允许进行两次连续转换。
允许的转换电流应根据直流系统的额定连续过负荷条件来确定。
直流断路器需转换的电流由下列之中选取（直流，A）：800、1 000、1 250、1 600、2 000、2 500、3 150、4 000、4 500、5 000。
4.3环境耐受性能直流断路器在周围环境条件作用下，都应能可靠工作。
这些条件主要有4.3.1 海拔高度由于高海拔地区大气压力低，耐压水平随之降低，要求安装在1 000 m 以上地区的直流断路器外绝缘应进行修正。
4.3.2 环境温度环境温度过低会使断路器的润滑油粘度增加，影响断路器的分、合闸速度，还会使SF6气体液化，降低开断性能。