关键词：直流真空断路器;;有源换流法;;仿真分析;;开断试验
摘 要：能够快速清除短路故障的直流断路器是直流输电系统重要的保护设备。随着快速电磁操动机构的发展,机械式直流真空断路器已能够满足直流断路器的技术要求。本文以机械式直流真空断路器为研究对象,采用有源换流法,进行了直流真空断路器开断过程的仿真和试验研究。为了进行直流真空断路器开断试验,首先需要搭建试验平台,其中最重要的一部分是直流真空断路器操动机构控制系统设计。因为需要将试验人员与试验平台的高压隔离开来,所以设计了光纤隔离电路。直流真空断路器的操动机构选用永磁斥力混合机构。机构的操动都需要电容放电来完成,因此设计了电容充放电电路。为了试验人员的安全和电容充电电压值的稳定,电容充电采用红外遥控方式控制。在电容向永磁或斥力线圈放电时,考虑到线圈的发热,对线圈能够承受最大电流的计算公式进行了推导。随后测试了直流真空断路器各个开关的分合闸平均速度,测试结果表明,各个开关分合闸速度能够满足试验要求。因为直流真空断路器的主开关和换流开关均由两个真空灭弧室串联构成,所以测量了主开关分闸和换流开关合闸的不同期性,得到主开关分闸不同期性为200μs,换流开关合闸不同期性为162μs。利用Matlab/Simulink仿真软件,建立了系统条件下和试验条件下的仿真模型,研究和分析了仿真结果。将两种条件下的仿真结果与理想工况下的理论计算结果进行对比,分析了两种条件下仿真结果存在差异的原因。在搭建的试验平台上,依照计算的开关时序,对直流真空断路器进行了初步的开断试验。试验结果表明,直流真空断路器不仅成功开断了7kA的电流,而且主开关两断口的恢复电压分布比较均匀,与仿真结果基本相同。通过试验失败后采集到的波形,研究了试验失败的原因,为后续试验积累了经验。
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