高压直流断路器故障处理方案

　　本文在桄理直流断路器重要功能需求的基础上，对直流断路器绝缘性能、环境耐受性能和电流转换性能等进行深入桄理，进一步总结了在高压直流断路器状态下的直流故障处理方案，旨在为我国高压直流断路器研究水平的逐步提高和应用范围的不断扩大打下坚实的技术基础。

　　关键词：高压；直流断路器；故障处理；性能

　　近年来，高压直流输电电路凭借其电路建设成本费用较低、功能调节效ｎ餅和运行畅通、安全稳定等诸多优势，打败了传统模式下的交流输电电路，在超高压、大容量甚至远距离的直流输电过程中得到了广泛应用，更进一步凭借直流电网在高压直流输电、新能源应用开发甚至轨道牵引市场以及未来智慧城市建设配网方面奠定了良好的应用基础。在此条件下，直流断路器作为重要控制元器件设备，是高压直流电网安全运行和稳定可靠的重要设备保证。然而，直流断路器在现阶段的技术尚不成熟，因此，对高压直流断路器常用注能进行梳理和故障处理方案进行研究有其强烈的理论意义和实践应用价值。

　　１直流断路器在直流系统中的功能要求

　　直流断路器在直流断路系统中的功能要求主要包括中性母线断路器功能、中性母线接地断路器功能、金属回路转换断路器功能和大地回路转换断路器功能四大部分。就中心母线断路器功能需求而言，在直流系统具备两端换流器的基础上，由于换路器两端都含有一台中性母线断路器设备，而该断路器设备能够满足高压直流断路系统在换流站和直流输电线上发生任何故障快速断开的需要。同时，中性母线断路器设备的开断装置能够完美实现闭合、分开和闭合的无限操作循环，也就是说，中性母线断路器设备断开装置能够建立闭合、分开、闭合的循环操作模式，加强对操作机构的充电，避免断路器在转换失败或电机电量不足等诸多状况下的直流电路断开功能故障，以此确保中性母线断路器设备开断装置可靠实现闭合功能。

　　２直流断路器的主要性能

　　２．１绝缘性能

　　直流断路器的绝缘性能主要包括额定运行电压状况和绝缘水平以及绝缘强度等。一般而言，直流断路器额定运行电压主要是指在直流断路系统中，断路器在规定的正常使用条件下，能够完成连续运行功能和确保直流断路器其他性能完美实现的额定电压。通常情况下，直流断路器额定运行电压为ｌ￣ｌ〇〇ｋＶ。同时，直流断路器的绝缘水平以及绝缘强度考核指标除了额定短时工频耐受电压外，更进一步加人了额定冲击耐受电压为取值判断标准，判断直流电路器的绝缘注。

　　２．２电流转换性能

　　直流断路器的电流转换性能主要是为了改变直流断路系统中断路器的运行方式，一般而言，在外界环境无冷却的基本条件下，ＭＲＴＢ和ＥＲＴＢ具备连续转换两次电流的转换能力。也就是说，该两类直流断路器能够在电路分闸后的电弧不熄灭期间快速使断路器重新合闸后再进一步分闸。对于被保护的直流断路系统断路器而言，中性母线断路器和中性母线接地断路器能够满足直流断路系统的一次转换功能，而该类直流断路系统的转换性能是根据不同断路器的交流性能要求所实现的，断路器转移额定电流次数的能力，也就是断路器的实际电寿命，往往是由具体的直流输电系统和直流输电工程运行能力及运行要求确定的，该值一般不低于１０００次。

　　２．３环境耐受性能

　　直流断路器在周围外界环境条件下安全稳定运行的功能状态，也就是直流电路器系统对周围环境的耐受性。该类周围环境条件主要包括海拔高度、环境温度、环境污秽等级三大部分。就环境温度问题而言，直流电路器周围环境温度过低，往往会使直流断路系统中断路器的润滑油黏度不断增加，直接影响直流断路器的分闸和合闸速度，还会进一步使直流断路器的润滑油中部分气体液化，将大幅度降低直流断路系统的开断性能。周围温度过高，会导致直流断路系统导电回路温度不断升高，使断路器润滑油中的部分气体压．力随之增大，影响直濂断路系统的稳、定运行。

　　３基于高压直流断路器的直流故障处理方案

　　３．１拓扑结构

　　通常情况下，为ｔ克服直澈电路故障系统处理方案的缺陷，可倩助组合式＃压直流断路器拓扑结构，改魯直愈电输逡功能ｅ以禽压直濂断路器单极结构的赫输电系统为例，该输电模式下的直鄉断路雜率拓扑结构主短路部分如下图所示，＿组合往往分为主断路器部分和分断路器部分。其中，主断路器部分主粟包括短路式断流开关以及隔离开关，分断路器部分则主要包敏直流系统中的电流转移开关、超快逮机械开关以及辅助放电电路三大部分＝在该糢式的高压熏流断路器直流故障处理过程中，主＿短路式断流开关是读组含直流断路系统的重要核心设备，直接决定了该直流系统的断路器开断能办与传统模式卞的混合式食流断系统的主断路器功能相似，该系统中的主动盤路式断流开关可僭助多开关单元串联方式体现断路器功能结构但与传统模式下的混合式直練断路器系统不同时是，鍾食状态下的主断路器能利甩主动短路式断流开关具备的单项断流能力，使其在等断流性能下所霈的单向联ＩＧＢＴ个数大幅度减小，以此确保主动断路式断流开关运行过程中两侧的电压禮和设计断流能力符合功能标准。

　　３．２直流故障处理策略

　　组合式高压直流断路器系统的直流故障处理过程主要包括以下四个部分，首先，在高压直流断路系统发生接地故障时，系统会在同一时刻检测到故障电流的存在：，并主动立郎开８主动式断流开关以及辅助开关，以施加Ｗ合信号方式完成整个接地故障信号的接受与处琿过程，开关的闭合能使直流断路高压系统连接处的电压快速下降为零，使换流器直流侧所擁出的电流分别流人故障点和辅助放电电路点，以主动断路式断流开关的等效电阻值太小为标准，，完成电流分配过程ｔ在麓暂延迟后，在ｉ，时刻对直流电路系统的电流迸行芽关转移，并对：开关内部的ＩＧＢＴ释放关闭信号，使电流迅速下降为零，该情形下的换流器苘侧所流出电：流仅仅流人主动式断路开关、实现高班；ａ流线路中故障点和换流器之间的初步隔．离。紫揍着，电流转移开关开皂并完成电流开断其中，．对高压童流电路系统中的超快速机械开关施加开断信号，以此实现寫压直流系统中换流器和故障幾路的物理隔离。暴后，在超快速机械开关打开后的ｑ时刻，对主动断路式断流开关中的ＩＧＢＴ施謂关闭信号，使整个高压直淹电路系统的剩余能量能借助开关内部避霄器泄放，完成整个赢压直流电路故障处理过程.

　　３．３故障检测及保护策略

　　在组合式高Ｓ直糠断路系统所提出的直流断路器方案基撤上，本文进一步提出了具备直流故障清除能力的换流姑控制方法，对高压直流电路系统故障区域进行快速检测和及时故障消餘，实现压直流断路系统宏全稳定行和功能实现。在通常憬况下，高压夏薇断路器系统的网络架空线路选择的是具备保护策略的＿速动功能．，以此区别高压直流开关事故、交流侧事故、换流器＿旗處＿＿区以外事救，：以此避免故障橇菌聚虜麵导敦的脔压直雜断路系统功能检铡失败。与传諫模式下的直流电路纖输电誠．保塞．相类：同式德：赢座直籠断路器在整个系统输电过裎中所采用的行波保护、电流银差保护以及微分欠电压保护方式等，具备动作性能快速便捷且不需远程通信等诸多优势，能进一步高压和低压转换后的低电压保护模式和电流纵横＿徕护模式等作为齎压电路直流断路系统的后备保护措施，确保对高掘［断路器直流故障的快藤理。

　　４结束语

　　本文布梳理高琢妻流断路器在直流系统中的功能需求以及主要性能的基础上，对基于高压直流断路器的直流故障处理方案中的拓扑结构、故障处理策略以及故障裣测和保护策略等进行全面梳理，在保证高压直流电路系统故障处理速度和安全橡定的塞本前提下，大輻度降低故鱗备投人以及不断提纖济效麟，也为改善高压誠电路雜故障处理技术带来了赚思考。

　　作者：戴钦来 朱泉 沈庆 赞李小刚

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