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
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。当系统配置直流断路器后，通过选择性分断直流断路器可以实现故障线路的快速隔离并维持系统其他部分的持续运行。 直流故障保护是柔性直流电网构建所面临的技术瓶颈，研制适用于柔性直流电网应用的直流断路器，保证直流电网运行的可靠性，是直流电网建设必须突破的技术难题[7]。 与交流系统相比，直流故障电流缺乏自然零点，要实现其可靠开断，需要人工创造电流零点，同时还需要吸收储存于直流系统感性元件中的巨大能量，因此直流断路器的设计较交流断路器难度大为增加。此外，柔性直流电网故障扩展快、电流上升快，对换流站等设备冲击大，为保障设备安全一般在数毫秒全网换流站将会闭锁退出运行，为实现直流电网健全区域持续运行，直流断路器需要在数毫秒内完成分断[8]。 在直流断路器的多种技术路线中，综合采用机械开关和电力电子开关的混合式直流断路器以其显著的技术优势成为高压直流断路器研制的主流[9-10]。ABB 公司于2011 年研制了80kV 3ms 分断8.5kA 基于绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)直接串联的混合式直流断路器样机[8]。全球能源互联网研究院于2014年完成了200kV 3ms分断15kA 的级联全桥型混合式直流断路器样机研制[11]，并于2016 年实现高压直流断路器首个工程示范。
一、高压开关柜主要技术规格及要求 1. 主要技术参数 额定电压： 10kV 额定频率: 50Hz 工频耐压： 42kV (50Hz 1min) 雷电冲击耐压： 75kV 额定主母线电流： 630A/1250A 额定短时耐受电流：25KA/31.5kA（3S，有效值） 额定峰值耐受电流：63KA/80kA 热稳定电流： 25KA/31.5 kA (3S) 防护等级： 1）外壳IP4X ； 2）手车门打开时为IP2X。 2.柜宽要求：小于等于650 (mm),优先选用结构紧凑柜型，投标单位及投标产品必须满足本项要求，否则招标人有权拒绝投标人的投标书。 3. 金属封闭铠装中置式手车开关柜柜体结构型式与功能 10KV 铠装式交流金属封闭开关柜的结构应保证工作人员的安全，且便于运行、维护、检查、监视、检修和试验（提供燃弧试验报告）。开关柜内安装的高压电器组件均必须为加强绝缘型产品，满足凝露试验要求(提供凝露试验报告)。 (1)柜体结构 A) 柜体外壳及各功能单元的隔板均采用国际知名品牌优质敷铝锌钢板，钢板厚度应 不小于2.0mm，投标时须注明敷铝锌钢板产地。柜体框架采用螺栓连接。 B)开关柜用隔板分隔成母线室、手车室、电缆室、仪表室和压力释放通道，各室外 壳独立接地。分隔用的钢板应具有足够的机械强度，以保证每个室内的元件在发 生故障时不影响 相邻设备。
C)开关柜的门板及侧封板等采用冷轧钢板，厚度不小于2mm，经纯化处理后采用静电 喷涂和焙烤，表面抗冲击且耐腐蚀。 D)维护方式：柜前操作，柜后维修。 E)进出线方式：满足设计要求（详见图）。 F)外形尺寸应不大于：宽650mm,深1540mm,高2250mm。含母联及泄压通道后高度不 大于 2800mm. (2) 手车室 A) 手车采用冷轧钢板经加工后焊接而成。 B)手车应设有“工作”和“试验”位置，各位置设定位机构。 C)手车的传动机构应保证手车推拉时灵活轻便。相同规格的断路器和手车应有良 好的互换性。 D)手车在抽出或试验时，应有隔离挡板隔离一次静触头，进入工作位置时自动打开。 E)活门在手车移开后需被机械锁定；接地开关操作孔需用挂锁锁定；断路器室门及 电缆室门需用挂锁锁定。 (3) 母线室 A)应有足够的空间通过满足设计要求的母线。 B)开关柜的母线设计应考虑以后的发展、方便与原母线联接。 (4) 电缆室 A) 室内可安装电流互感器、手动操作的弹簧快速接地开关，并可连接多根平行电缆， 充裕的电缆室空间，其底部设有可拆卸的不锈钢板，板上设电缆孔并提供电缆孔 封堵部件。 B) 接地开关与断路器间采用可靠的机械联锁，可有效的防止误操作。 C) 一次电缆头接线耳中心孔至柜底距离应大于550mm。 (5) 仪表室 A) 室内采用可翻转的网格板，可安装各类继电保护元件、仪表、信号指示、操作开关 等元件。 B) 室内侧板上留有小母线穿越孔，以方便施工。 C) 各开关备有合闸分闸故障等三种状态运行信号输出，主电房值班室模似板系統接口
高压断路器的主要技术参数 通常用下列参数表征高压断路器的基本工作性能:?(1)额定电压(标称电压)：指断路器工作的
某一级系统的额定电压,在三相系统中指的是线间电压,在单相系统中则为相电压。它表明断路器所具有的绝缘水平及它的灭弧能力。 它是表征断路器绝缘强度的参数,它是断路器长期工作的标准电压。为了适应电力系统工作的要求,断路器又规定了与各级额定电压相应的最高工作电压。对3—220ＫV各级，其最高工作电压较额定电压约高15%左右;对３30KV及以上,最高工作电压较额定电压约高10%。断路器在最高工作电压下,应能长期可靠地工作。 (2)额定电流:指断路器在额的电压下可以长时期通过的最大工作电流,此时导体部分的温升不能超过规定的允许值。它是表征断路器通过长期电流能力的参数,即断路器允许连续长期通过的最大电流。 (3）额定开断电流:它是表征断路器开断能力的参数。在额定电压下,断路器能保证可靠开断的最大电流,称为额定开断电流，其单位用断路器触头分离瞬间短路电流周期分量有效值的千安数表示。当断路器在低于其额定电压的电网中工作时，其开断电流可以增大。但受灭弧室机械强度的限制,开断电流有一最大值,称为极限开断电流。 （4)动稳定电流：它是表征断路器通过短时电流能力的参数,反映断路器承受短路电流电动力效应的能力。断路器在合闸状态下或关合瞬间，允许通过的电流最大峰值，称为电动稳定电流，又称为极限通过电流。断路器通过动稳定电流时,不能因电动力作用而损坏。 (5)关合电流：因为断路器在接通电路时，电路中可能预伏有短路故障，此时断路器将关合很大的短路电流。这样,一方面由于短路电流的电动力减弱了合闸的操作力,另一方面由于触头尚未接触前发生击穿而产生电弧，可能使触头熔焊，从而使断路器造成损伤。断路器能够可靠关合的电流最大峰值,称为额定关合电流。额定关合电流和动稳定电流在数值上是相等的,两者都等于额定开断电流的2.5５倍。 (6）热稳定电流和热稳定电流的持续时间:执稳定电流也是表征断路器通过短时电流能力的参数,但它反映断路器承受短路电流热效应的能力。热稳定电流是指断路器处于合闸状态下,在一定的持续时间内，所允许通过电流的最大周期分量有效值，此时断路器不应因短时发热而损坏。国家标准规定:断路器的额定热稳定电流等于额定开断电流。额定热稳定电流的持续时间为2S,需要大于２S时，推荐4S。 ?(７）合闸时间与分闸时间：这是表征断路器操作性能的参数。各种不同类型的断路器的分、合闸时间不同，但都要求动作迅速。合闸时间是指从断路器操动机构合闸线圈接通到主触头接触这段时间，断路器的分闸时间包括固有分闸时间和熄弧时间两部分。固有分闸时间是指从操动机构分闸线圈接通到触头分离这段时间。熄弧时间是指从触头分离到各相电弧熄灭为止这段时间。所以,分闸时间也称为全分闸时间。 ?（8)操作循环：这也是表征断路器操作性能的指标。架空线路的短路故障大多是暂时性的，短路电流切断后,故障即迅速消失。因此,为了提高供电的可靠性和系统运行的稳定性，断路
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
1 总则 1．1 适用范围 本标准适用于额定电压12kV，频率50Hz三相系统中的户内交流金属铠装中置式开关柜。 本标准不适用于有火灾、爆炸危险、化学腐蚀及剧烈振动等场所的开关柜。 1．2 引用标准 本标准在编写过程中主要参照以下资料： GB 3906-2006《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》 GB/T 11022-1999《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》 IEC298（1990）《额定电压1kV以上50kV及以下交流金属封闭开关设备和控制设备》DL/T 404-1997《户内交流高压开关柜订货技术条件》 SD/T318—89 《高压开关柜闭锁装置技术条件》 1．3 使用环境条件 1．3．1 环境温度： 最高温度+400C，最低温度-400C。 1．3．2 相对湿度： 日平均相对湿度≤95%， 月平均相对湿度≤90%。 1．3．3 海拔高度： 1000m。 1．3．4抗地震度： 地震烈度不超过8度。
1．3．5 周围空气应不受腐蚀性或可燃气体、水蒸汽等明显污染。 1．3．6 无严重污秽及经常性的剧烈震动，严酷条件下严酷度设计满足1类要求。1．3．7 在超过GB3906规定的正常的环境条件下使用时： 相对湿度大于70%时应接通电加热器； 凡海拔高度超过1000m的地方，按JB/Z102-71规定处理。 1．3．8 产品应能防止影响设备工作的异物进入。 1．4 额定参数 额定电压； 额定频率； 断路器额定电流； 开关柜额定电流； 额定热稳定电流及其持续时间； 额定动稳定电流； 额定短路开断电流； 额定短路关合电流； 额定绝缘水平； 防护等级。 1．4．1 额定电压： 3.6kV、7.2kV、12kV。 1．4．2 额定频率： 50Hz（±0.2）。 1．4．3 断路器额定电流： 630A、1250A、1600A、2000A、2500A、3150A。 1．4．4 开关柜额定电流： 630A、1250A、1600A、2000A、2500A、3150A。 1．4．5 额定热稳定电流及其持续时间： 额定热稳定电流：16kA、20kA、25kA、31.5kA、40kA、50kA； 持续时间:4s。 1．4．6 额定动稳定电流（峰值）： 40kA、50kA、63kA、80kA、100kA、125kA。
高压直流断路器目前的研究概况 1.前言 高压直流断路器的研制难点有三：一是直流电流不像交流电流那样有过零点，所以灭弧比较困难;二是直流回路的电感较大，所以需由直流断路器吸收的能量 比较大;三是过电压高。 高压直流断路器可以分为机械式高压直流断路器(mechanical HVDC circuit breaker)、固态高压直流断路器(solid-state HVDC circuitbreaker)与混合式高压直流断路器(hybrid HVDC circuit breaker)。 机械式直流断路器可以关断非常大的电流，并具有成本低、损耗小等优点， 但其开断速度较慢。 固态直流断路器开断速度迅速，但其相关损耗较高，且价格昂贵。 为克服两者的缺点，通过将机械式直流断路器和固态直流断路器集成在一个 装置上，从而形成混合式断路器。混合式直流断路器结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，用快速机械开关来导通正常运行电流，用固态电力电子器件来分断短路电流，具有通态损耗小、开断时间短、无 需专用冷却设备等优点，是目前高压直流断路器研发的新方向，有着广阔的应 用前景。 下面将着重介绍混合式高压直流断路器的研究概况。 2 混合式高压直流断路器的研究概况 2.1 ABB--混合式高压直流断路器 2012 年，ABB 的混合式高压直流断路器技术被《麻省理工科技创业》评为2012 年度最重要的十大科技里程碑之一。该混合式高压直流断路器的基本结构如下图所示，主要包括机械式开关支路a(快速机械隔离开关b+负载转换开关
c)和半导体开关支路d(半导体断路器e+避雷器组f)。 -当直流线路正常运行时，半导体开关支路处于断开状态，快速机械隔离开关和负载转换开关导通并流过直流电流。 -当检测到直流线路发生短路时，首先导通半导体断路器，关断负载转换开关，线路上的电流转移到半导体开关支路上，负载转换开关承受半导体短路器的导 通电压。 -由于快速机械隔离开关此时流过的电流为零，快速机械隔离开关迅速打开。-当快速机械隔离开关打开后，半导体断路器开关断开，直流线路上的能量通过与半导体断路器并联的氧化锌避雷器吸收，短路电流下降。 ABB 所设计的半导体断路器单元设计图如下图所示，采用IGBT 作为半导体开关，并进行阀组串联。 该混合式高压直流断路器通过开断短路电流8.5kA 的短路试验，其开断时间 为5 毫秒。 2.2 ALSTOM--混合式高压直流断路器 2014 年阿尔斯通完成其混合式高压直流断路器原型产品的测试工作。该混合式高压直流断路器的基本结构如下图所示，主要包括旁路开关(UFD + PES)、半导体开关支路1(晶闸管+避雷器)、半导体开关支路2(晶闸管+电容器)和避雷 器组。 tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！
网络教育学院 本科生毕业论文（设计） 题目：高压开关技术 学习中心： 层次：专科起点本科 专业： 年级：年春/秋季 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：年月日
I 个字符的中文摘要。 针对本题目，摘要可写成： 随着我国电力事业的迅速发展,人们对于电力系统可靠性和安全性的要求越来越高。电力设备正朝着大型化、自动化和智能化的方向发展。高压开关是电力系统中最重要的控制和保护设备,在电网中的作用至关重要,其故障带来的后果是十分严重的。一旦电力系统发生故障,即使只引起生产设备短暂的停止工作,也会造成巨大的损失。 本论文所要研究的。 第二段主要介绍本次论文研究的主要内容、方法以及取得的成果。
高压开关技术 目录 内容摘要 ...........................................................................................................................I 1 绪论 . (1) 1.1 高压开关的发展现状与趋势 (1) 1.2 国外高压开关的发展情况 (1) 1.3 我国高压开关的发展情况 (2) 1.4 本论文的主要工作 (3) 2 ____概述 (4) 2.1 ____特点与组成结构 (4) 2.2 ____操动机构及工作原理 (4) 2.3 ____电气特性 (5) 3 ____常见故障分析 (6) 3.1 ____运行状况概述 (6) 3.2 ____常见故障及分析 (6) 4 ____解决方案 (7) 4.1 ____检测与诊断 (7) 4.2 ____故障解决办法 (7) 4.3 ____发展方向 (7) 结论 (8) 参考文献 (9) 附录 (10) II
1.10kv断路器机械寿命运行中的问题 10kv断路器机械寿命。是高压断路器产品质量的主要考核指标。根据相关资料报道，国家高压电器质量检测中心对国产高压真空断路器进行过6次（1993、1995、1996、1999、2002及2003年）监督抽查，其合格率分别为83.3％、91.3％、58.8％、60％、57.1％及78.6％，此情令人堪忧。其中一个主要问题是机械寿命达不到企业标准规定值，机械特性主要参数也超出产品技术条件规定范围。 通常一台高压断路器都是由几百只零部件组成，而每一个零部件的加工和工艺缺陷、相互配合链接咬合都将直接影响到高压断路器的机械特性。同时与操动机构配套的辅助开关、微动开关、减速器、接线端子等绝大部分都是外协件，存在有一定的分散性，质量不可能达到100％，这些问题，都是直接影响断路器机械寿命的主要因素。所以，在高压真空断路器的选型应用中，不宜轻信产品说明书的不实之词，应以实际试验报告为依据。 2.真空断路器额定开距参数的选择技术参考 真空断路器处于分闸状态时，真空开关管动、静触头之间的距离选择与真空断路器的额定电压、使用条件、开断电流的性质及触头材料、真空间隙的耐压强度等因素有关，主要取决于额定电压和触头材料。 由于真空开关管的额定开距对绝缘性能的影响较大，当额定开距从零开距增大时，其绝缘水平也将提高，但当开距增大到一定数值时，开距对绝缘性能的影响就不大了，若进一步增大开距，将严重影响开关管的机械寿命。 通过对真空断路器的安装、运行及检修得出真空断路器额定开距一般选择范围为：10kV及以下一般为8～12mm，35kV一般为20～40mm。 3.真空断路触头工作压力参数的选择 真空断路器触头的工作压力对真空断路器的性能有很大的影响，其压力等于真空开关管的自闭力与触头弹簧力之和。断路器触头的工作压力选择应该满足4方面的要求：1、使真空开关管的触头接触电阻保持在规定的范围内，2、满足动稳定试验的要求，3、抑制合闸弹跳，4、减小分闸弹振。由于真空断路器在关合短路电流时，触头在予击穿后要产生电弧和电动斥力，触头产生弹跳，机构合闸速度也最慢，所以，关合短路电流是考核触头工作压力是否满足要求的最苛刻的条件。 如果触头的工作压力太小，将增长触头合闸时的弹跳时间，同时，造成一次回路的电阻增大，直接影响真空断路器的长期工作温升。如果触头的工作压力太大，由于真空开关管的自闭力是一个恒定值，则工作压力增大，从而增加触头的弹簧力，造成操作机构的合闸功增加，增大对真空管的冲击和振动。 在实际工作中不仅要考虑触头间的电动力除与短路电流峰值有关外，还必须考虑开关的触头结构及大小尺寸，同时，还必须考虑触头的硬度、分闸速度等因素。总之，必须在实践中进行综合考虑。真空开关的触头接触压力根据分断电流大小得出经验数据为分断电流为12.5kA时，选择压力为50kg。分断电流为16kA时，选择压力为70kg。分断电流为20kA 时，选择压力为90～120kg。分断电流为31.5kA时，选择压力为140～180kg。分断电流为40kA，选择压力为230～250kg。 4.真空断路器分闸速度参数的选择技术参考 由于分闸速度直接影响电流过零后触头间介质强度恢复的速度，如果电弧熄灭后，触头间介质强度恢复速度小于恢复电压，将造成电弧重燃，为了防止电弧重燃，以及缩短燃弧时间，
带你了解高压直流断路器 近日，张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程竣工投产。该工程是世界上首个具有网络特性的直流电网工程。工程核心技术和关键设备均为国际首创。其中，作为工程骨干设备之一的高压直流断路器，其设计、研发、制造、应用等方面取得了重大突破。 电力输送从简单的线条向复杂的网络发展，需要依靠高压断路器形成能够开合的节点，从而实现电网各部分灵活地组合或分离。这一方面扩大了电网的规模，另一方面提高了电网对故障的冗余能力。无论是交流电网还是直流电网，高压断路器都是电力输送网络中最基础和关键的设备。 高压直流断路器就是切断直流电流的装备。完成直流输电系统运行方式切换和线路故障清除是它的两大主要功能。高压直流断路器也因此被称为直流电网的“网络关节”和“安全守卫”，对保障直流系统安全、经济、灵活运行意义重大。张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程（以下简称张北柔直工程）高压直流断路器的研发应用填补了500千伏高压直流断路器产品及工程应用的国际空白，也使直流输电向直流电网发展成为现实。 从无到有，高压直流断路器逐步升级 自20世纪50年代高压直流输电技术走向工程应用以来，世界上已有上百个直流输电工程投入运行，大多数采用点对点输电的形式。高压直流断路器的缺乏制约了直流输电向网络化的方向发展。要形成直流电网，迫切需要制造出能快速切断大电流的高压直流断路器。 2012年，全球能源互联网研究院有限公司率先提出了高压直流断路器构想并启动项目研究。通过科研攻关，联研院先后突破了高压直流断路器基础理论研究、关键零部件研制、样机集成及等效试验等系列关键技术难题。 2014年年底，联研院自主研发出世界首套200千伏高压直流断路器样机。2016年年底，200千伏高压直流断路器成功应用于舟山五端柔性直流输电工程，标志着国家电网公司在直流断路器领域向前迈出一大步，也填补了国际上高压直流断路器工程应用的空白。投运以来，200千伏高压直流断路器累计完成60余次系统切换、4次直流海缆单双极接地短路故障清除，解决了该工程的带电投退、
真空断路器的原理和作用 真空断路器处于合闸位置时，其对地绝缘由支持绝缘子承受，一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障，断路器动作跳闸后，接地故障点又未被清除，则有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受；各种故障开断时，断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。因此，真空间隙的绝缘特性成为提高灭弧室断口电压，使单断口真空断路器向高电压等级发展的主要研究课题。 真空度的表示方式 绝对压力低于一个大气压的气体稀薄的空间，称为真空空间，真空度越高即空间内气体压强越低。真空度的单位有三种表示方式:托(即1个mm水银柱高)，毫巴(103bar)或帕(帕斯卡:Pa)。(1托=131。6Pa，1毫巴=100Pa)我们通常所说真空灭弧室内部的真空度要达10-4托是指灭弧室内的气体压强仅为"万分之一mm水银柱高"，亦即是1。31x10-2Pa。 "派森定理"亦有译为"巴申定律"，是指间隙电压耐受强度与气体压力之间的关系。图1表示派森定理的关系曲线呈"V"字形，即充气压力的增加或降低，都能提高极间间隙绝缘强度。其击穿机理至今还不清楚，因为真空灭弧室内部真空度高于10-4托，这样稀薄空气的空间，气体分子的自由行程为103mm，在真空灭弧室这么大小的容积内，发生碰撞的机率几乎是零。因此不会发生碰撞游离而使真空间隙击穿。派森定理的"V"形曲线是实验得出的，条件是在均匀电场的情况下，其间隙击穿电压Uj可表示为: Uj=KLa L------间隙距离； a------间隙系数(间隙<5mm时a=1，>5mm时，a=0。5) 由派森定理的"V"形关系曲线中看出，当真空度达103托时出现拐点，拐点附近曲线变得平坦，击穿电压几乎无变化。 当真空度和间隙距离相同时，其击穿电压则随触头电极材料发生变化，电极材料机械强度高，熔点高时，真空间隙的击穿电压亦随之提高。
KYN28-12高压开关柜技术说明 1概述 1.1KYN28-12型铠装式交流金属封闭开关设备(以下简称开关柜)，系三相交流50HZ单母 线及双母线分段系统的户内成套配电装置，适用于发电厂、变电站以及工矿企业的额定电压3～10kV电网中，作为接受和分配电能之用，并对电路实行控制、保护和监测。 1.2开关柜内配置高性能真空断路器，成套设备可满足电网对高压开关柜要求，并适合“五 防”和全工况、全封闭、全绝缘条件。 2环境条件 KYN28-12型开关柜在设计中已充分考虑到客户当地的气候及周围环境，并满足其特殊要求。条件与措施如下： 3参照国际相关标准 4技术参数
电流互感器 电流互感器用环氧树脂浇注而成，通常用于向测量和保护装置传递信息。电流互感器包括具有相关性能和精度等级并适合安装要求的一个线束铁芯或带一个或多个铁芯的套管棒。符合 IEC 60044-1标准。尺寸符合 DIN 42600 窄型标准。电流互感器通常安装在负荷侧来测量相电流。 电压互感器 电流互感器用环氧树脂浇注而成，通常用于向测量和保护装置传递信息。可固定安装或安装在互感器小车上。符合 IEC 60044-2。尺寸符合 DIN 42600 窄型标准。电压互感器采用单极电压互感器，具有适合相连设备功能要求的性能和精度等级。 5开关柜的设计报告 5.1柜体 5.1.1KYN28-12型开关柜为金属铠装移开式。 5.1.2柜体的外壳与各功能小室的隔板均采用优质板材，具有很强的抗腐蚀与抗氧化性能， 并具有比同等钢板高的机械强度。 5.1.3柜体无任何焊接点，柜体由螺栓连接组成，为全组装结构。 5.1.4柜体的安装维护可在正面进行，也可在背面进行，开关柜不仅可安装成面对面或背 对背双排排列，而且可根据具体项目要求靠墙安装，节省占地面积。 5.1.5整个柜体由接地的金属隔板分隔成四个功能小室，即：母线室、继电器室、断路器 手车室和电缆室，各功能单元设有独立的压力释放通道和释放门。 5.1.6断路器手车室内安装有特定的导轨，可轻巧地推进或抽出断路器手车。 5.1.7手车室内设计有带自动锁扣和开启的电气型金属帘板，可满足手车断路器与母排侧 和电缆侧之间同时自动隔离的要求。 5.1.8手车室内有隔离位置、试验位置及工作位置，每一位置均设有定位装置。 5.1.9各功能单元均装有门，门上装有锁和铰链。
zw32断路器 技 术 参 数 2014年4月12日
zw32断路器 目录 1、概述…………………………………………………………………………… 2、结构特征和工作原理………………………………………………………… 3、技术特征……………………………………………………………………… 4、安装、调试与维护…………………………………………………………… 5、运输、验收及保管…………………………………………………………… 6、随机文件……………………………………………………………………… 7、订货须知……………………………………………………………………… 8、产品执行的标准及编号……………………………………………………… 9、隔离部分技术说明……………………………………………………………
1zw32断路器概述 1.1产品型号、名称、规格 ZW 32 -12 M /400(630)-16(20) 1.2产品用途及使用范围、使用条件 ZW32-12 M型zw32断路器（以下简断路器）为额定电压12KV，三相交流50HZ的户外配电设备。主要用于开断、关合电力系统中的负荷电流、过载电流及短路电流。适用于变电站及工矿企业配电系统中作保护和控制之用，也适用于农村电网及频繁操作场所。 本安装使用说明书规定了断路器的主要技术参数、产品结构、以及操作、安装、使用维护的方法等内容。 1.3使用的环境条件 a.海拔高度不超过1000米； b.周围空气温度：-45℃~+40℃ 日温差：日变化不大于25℃； c.风速不大于35m/s； d.无易燃、爆炸危险、化学腐蚀及剧烈震动的场所。 2.zw32断路器结构特征和工作原理 2.1断路器总体结构及特点 断路器由三相高压系统及内装操动部件的主体箱构成，主体箱上设有供安装固定、吊运用支座和吊身。 外形结构及安装尺寸见图一。 2.1.1装有真空灭弧室的柱上真空断路器开断性能稳定可靠，具有无燃烧和爆炸危险、安全、免维护、体积小、重量轻和使用寿命长等特点。
高压断路器的操作回路原理分析 1. 高压断路器的操作回路 1.1高压断路器简介 高压断路器又称高压开关，是电力系统中最重要的控制电器设备，它可以控制线路的断开的合闸。发电机、变压器、高压输电线路、电抗器、电容器等多种电气设备的投运或停运是由相连断路器的合闸或分闸来实现的。运行中一次设备发生故障时，继电保护装置动作，跳开（分闸）离故障设备最近的断路器，使故障设备脱离运行电源。断路器是电力系统操作频繁的设备。 断路器的类型很多，就基本结构而言，是由开断元件、支撑和绝缘件、传动元件、基座、操动机构五个基本元件构成。 根据断路器所采用的灭弧介质，可分为油断路器、压缩空气断路器、SF6 （六氟化硫）断路器、真空断路器四种类型。 1.2操作回路简介 发电厂和变电所中的断路器，大部分不是直接在断路器操动机构上操作的，而是采取与操作回路配合使用。一般断路器的均要求远方可以操作，就是在控制室可以对远在几十米或几百米外的断路器进行操作。 操作时，必须有发出电流脉冲的机构，经过操作回路，对断路器进行
控制。如果发出电流脉冲的是保护装置，则为保护跳合闸；如果是操作开关，则为手动跳合闸；如果是后台系统，则为遥控跳合闸。 在发出电流脉冲的机构与断路器的操动机构之间的部分，称为操作回路。 国内的保护装置大部分自带操作回路，其主要功能有： 1）能进行远方手动合闸、分闸，能由继电保护、自动装置实现跳、合闸。 2）正常运行时，能指示断路器的分、合闸位置状态。 3）能保证跳合闸回路操作结束时，由断路器辅助接点进行断弧，以保护继电保护装置的接点输出。（保持功能） 4）能监视操作电源是否正常，能监视下次操作时回路是否正常。 5）有防止断路器连续重复合、跳的“跳跃”闭锁装置。 6）对液压操作机构应有液压降低压锁功能。（一般为35KV 以上电压等级的断路器才会使用SF6液压机构。） 1.3操作回路原理图 上图为一个典型操作回路应用图。方框内为操作回路原理图，方框外
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。另外在开断电流过零，电弧熄灭时，直流系统中仍存储着巨大的能量需要释放，这部分能量在断路器两端可能产生很高的过电压从而造成开断失败。 高压直流断路器的基本构成如图1所示[9]。 高压直流断路器是由：QB装置，振荡回路，耗能元件组成。QB装置通常采用传统的真空断路器和SF6断路器改造而成，QB装置为了获取较低的电弧电压，需要加装辅助回路，包括有源辅助回路和无源辅助回路两种。振荡回路用于
筑龙 网 w w w. z h u l o n g. c o m 高压断路器跳合闸线圈保护原理 摘要：结合电力系统时有发生的高压断路器跳闸、合闸线圈烧毁现象，二次回路［1］保护器的概念被提出，并对其原理和实现方法进行了探讨。文中给出的实现方法将高压断路器二次回路完整性监视［2］融入其中，使其兼有二次回路的保护和完整性监视双重功能。 关键词：高压断路器； 二次回路保护器； 全工况； 监视 1 引言 电力系统运行中经常发生跳、合闸线圈烧毁事故［3］［4］［5］。众所周知，跳、合闸线圈设计时都是按短时通电而设计的。跳、合闸线圈的烧毁，主要是由于跳、合闸线圈回路的电流不能正常切断，至使跳、合闸线圈长时间通电造成的。 作为电力系统重要电气元件，在电力系统故障时，断路器接受继电保护及自动装置的跳、合闸命令，并要求以毫秒级的速度去执行跳闸动作，以避免事故蔓延和扩大。因此，要求断路器在投运中，能随时处于待命状态，并能令行禁止。尤其不允许出现有跳闸命令时，断路器拒绝跳闸的现象。电力部门在DL400－91继电保护和安全自动装置技术规程和NDGJ8－89火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定都要明确要求各断路器的跳、合闸回路、重要设备和线路继路器的合闸回路等等，均应装设监视回路完整性的监视装置。 目前，国内外现有的断路器二次回路完整性监视方法有四种：一是采用简单直观的红（绿）灯回路直接监视；二是采用跳（合）闸位置继电器常闭触点串联启动中央信号的间接监视；三是部分制造厂提供的操作箱中，配合有在合闸状态下的跳闸回路完整性监视信号灯（氖灯），四是串接高内阻继电器于跳闸回路。上述四种监视方式的分析发现，前三种方式存在一个共同的问题是：断路器合闸后合闸回路完整性失去监视，断路器跳闸后跳闸回路完整性失去监视，都属于非全工况监视。第四种方式的跳闸回路属于全工况监视，合闸回路仍属于非全工况监视。所以在合闸状态下，跳闸后能否再合尚属未知，供电可靠性将失去保证，仍然不是真正的全工况监视。这些问题应引起重视，并采取必要的措施予以改进。更重要的是，以上四种方式都不具备跳、合闸线圈的保护功能。 本文结合电力系统时有发生的断路器跳闸、合闸线圈烧毁现象，在深入研究国内外关于高压断路器二次回路控制方式的基础上，提出一种解决方案，该方案同时具备跳、合闸线圈保护和跳、合闸回路全工况监视双重功能。 2 高压断路器二次回路保护器原理 鉴于引言中分析的原因，很有必要引入一种保护装置，在断路器辅助触点切换不正常或者操作机构卡死时，能够及时地断开跳、合闸线圈回路，避免跳、合闸线圈长时间得电而烧线圈事故。该实现原理正是基于以上分析而得出。
断路器原理 中文名称：断路器 英文名称：circuit-breaker;circuit breaker 断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。低压断路器又称自动开关，俗称＂空气开关＂也是指低压断路器，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。 分类 按操作方式分：有电动操作、储能操作和手动操作。
按结构分：有万能式和塑壳式。 按使用类别分：有选择型和非选择型。 按灭弧介质分：有油浸式、真空式和空气式。按动作速度分：有快速型和普通型。 按极数分：有单极、二极、三极和四极等。 按安装方式分：有插入式、固定式和抽屉式等。
高压断路器(或称高压开关)是发电厂、变电所主要的电力控制设备,具有灭弧特性,当系统正常运行时,它能切断和接通线路以及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时,它和继电保护配合,能迅速切断故障电流,以防止扩大事故范围。因此,高压断路器工作的好坏,直接影响到电力系统的安全运行；高压断路器种类很多，按其灭弧的不同，可分为：油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、真空断路器、压缩空气断路器等 内部附件 辅助触头 与断路器主电路分、合机构机械上连动的触头，主要用于断路器分、合状态的显示，接在断路器的控制电路中通过断路器的分合，对其相关电器实施控制或联锁。例如向信号灯、继电器等输出信号。塑壳断路器壳架等级额定电流100A为单断点转换触头，225A及以上为桥式触头结构，约定发热电流为3A；壳架等级额定电流400A及以上可装两常开、两常闭，约定发热电流为6A。操作性能次数与断路器的操作性能总次数相同。 报警触头 用于断路器事故的报警触头，且此触头只有当断路器脱扣分断后才动作，主要用于断路器的负载出现过载短路或欠电压等故障时而自由脱扣，报警触头从原来的常开位置转换成闭合位置，接通辅助线路中的指示灯或电铃、蜂鸣器等，显示或提醒断路器的故障脱扣状态。由于断路器发生因负载故障而自由脱扣的机率不太多，因而报警触头的寿命是断路器寿命的1/10。报警触头的工作电流一般不会超过1A。分励脱扣器 是一种用电压源激励的脱扣器，它的电压与主电路电压无关。分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的附件。当电源电压等于额定控制电
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