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限流式高压熔断器在输变电系统中的应用与性能分析一、引言随着电力系统的发展和电能需求的增加，输变电系统的运行稳定性和安全性成为关键问题。
而高压熔断器作为输变电系统的重要部件之一，承担着保护电力设备和线路的关键功能。
本文将从应用角度出发，对限流式高压熔断器在输变电系统中的应用与性能进行分析，并总结其优势和不足之处，为电力系统的运行和维护提供参考。
二、限流式高压熔断器的原理和结构限流式高压熔断器是一种常用的电力保护设备，其作用是在电力系统中限制电流大小，并在发生过载或故障时自动切断电路，保护设备和线路不受损坏。
限流式高压熔断器的主要结构包括熔断器芯、熔断器管、连接器和触点等部分。
熔断器芯是其核心部件，由熔断材料制成，其选择与系统的额定电压、电流和熔断能力有关。
三、限流式高压熔断器的应用1. 过载保护限流式高压熔断器在输变电系统中主要用于过载保护。
当线路或设备的电流超过熔断器额定电流时，熔断器芯会熔断，切断电路，防止线路和设备过载。
2. 短路保护限流式高压熔断器在输变电系统中也承担着短路保护的功能。
当线路或设备发生短路时，熔断器芯能迅速熔断，切断电路，保护线路和设备免受短路电流的影响。
3. 限流保护除了过载和短路保护外，限流式高压熔断器还可应用于限流保护。
在一些需要限制电流大小或限制电能传输的场合，通过选用合适的熔断器芯，并设置合理的参数，可实现对电流的精确控制和限制。
四、限流式高压熔断器的性能分析1. 熔断能力限流式高压熔断器的熔断能力是评价其性能的重要指标之一。
熔断能力受限于熔断芯的材料和结构，以及熔断器的额定电流和电压等参数。
在实际应用中，熔断能力要能够满足系统的额定工作条件，并且具备一定的光弧灭弧能力。
2. 耐压性能限流式高压熔断器作为输变电系统中的关键元件，其耐压性能是确保系统运行安全的重要保证。
熔断器在额定电压下应能正常工作，并能承受额定电压以外的超压冲击，确保系统的稳定运行。
3. 过流特性限流式高压熔断器的过流特性直接影响其在过载和短路保护中的可靠性和灵敏度。
第28卷㊀第2期2023年4月㊀哈尔滨理工大学学报JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY㊀Vol.28No.2Apr.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀一种限流型混合直流断路器拓扑董鹤楠1,㊀李炳坤2,㊀孙㊀峰1,㊀程绪可1,㊀刘一琦2(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院,沈阳110006;2.东北林业大学机电工程学院,哈尔滨150080)摘㊀要:针对目前大多数混合直流断路器不具备限流功能且造价过高的问题,提出一种低成本限流型混合直流断路器㊂当故障发生后,并联在两侧的高速机械开关(ultra-fast disconnector ,UFD )断开,电容C 充电完成后断开两侧支路,电路由并联转为串联㊂随后,短路电流降低为单个支路电流,电感串联可限制电流的增长速度㊂IGBT 阀组通过二极管桥式电路连接来实现双线关断,可减少绝缘栅双极晶体管(IGBT )数量㊂在相同参数下进行仿真计算,和传统的断路器相比IGBT 使用数量降低83%㊂最后通过PSCAD /EMTDC 和实验平台验证此拓扑的有效性㊂关键词:直流断路器;限流;高速机械开关;短路故障DOI :10.15938/j.jhust.2023.02.010中图分类号:TM561文献标志码:A文章编号:1007-2683(2023)02-0085-07A Topology of Current-limiting Hybrid DC Circuit BreakerDONG Henan 1,㊀LI Bingkun 2,㊀SUN Feng 1,㊀CHENG Xuke 1,㊀LIU Yiqi 2(1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shenyang 110006,China;2.College of Mechanical and Electrical Engineering,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China)Abstract :To solve the problem that most of the current hybrid DC circuit breakers do not have the current limiting function andthe cost is too high,a low-cost current limiting hybrid DC circuit breaker is proposed.When the fault occurs,the ultra-fastdisconnector(UFD)connected in parallel on both sides is disconnected,and the branches on both sides are disconnected after the capacitor C is charged,and the circuit is converted from parallel to series.Subsequently,the short-circuit current is reduced to a single branch current,and the inductance in series limits the rate of increase of the current.The IGBT valve group is connected by a diode bridge circuit to achieve two-wire turn-off,which can reduce the number of insulated gate bipolar transistors (IGBTs).The simulationcalculation is carried out under the same parameters,and the number of IGBTs used is reduced by 83%compared with the traditional circuit breaker.Finally,the validity of this topology is verified by PSCAD /EMTDC and experimental platform.Keywords :DC circuit breaker;current limiting;ultra-fast disconnector;short-circuit fault㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2021-12-27基金项目:2020年辽宁 百千万人才工程 培养经费资助;国网辽宁省电力有限公司科技攻关项目(2021YF -81);国家自然科学基金(51907022).作者简介:董鹤楠(1986 ),男,博士后,硕士研究生导师;李炳坤(1997 ),男,硕士.通信作者:刘一琦(1984 ),男,副教授,博士研究生导师,E-mail:liuyq0925@.0㊀引㊀言随着新能源技术和储能技术的发展,高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电技术已成为一个研究热点㊂直流输电具有线损低㊁输电容量大㊁输电距离长等优点[1-4]㊂然而,由于直流电网中没有自然过零点,短路电流上升迅速,这大大增加了直流断路器研制的难度,也成为高压直流输电发展的主要技术瓶颈之一[5-8]㊂目前,根据直流断路器的关键开断元件的不同,直流断路器可主要分为三类:采用高速机械开关来断开短路电流的机械直流断路器(MCBs),采用电力电子元件来断开短路电流的固态直流断路器(SS-CBs),结合上述两种元件的混合直流断路器(HCBs)[9-11]㊂虽然MCBs 具有非常低的通态损耗,但由于其接触器之间需要熄弧,所以其断弧时间较长[12]㊂现已经存在许多短路故障研究方法,提取电流变化特征作为依据等[13-15]㊂文[16]介绍了典型的SSCBs,正常运行时,固态开关接通,允许通过标称负载电流㊂发生短路故障时,控制单元激活门极驱动电路打开半导体开关来中断电路㊂串联IGBT的SSCBs可以在数百微秒内中断故障电流,但IGBT会产生大量的通态损耗,占系统损耗30%以上[17]㊂文[18]提出一种Z源直流断路器,该断路器的拓扑由一个半导体元件㊁一对LC桥臂㊁二极管和电阻组成㊂发生故障时,Z源直流断路器可以利用电路中并联电容产生的反向电流切断可控硅,实现无电弧切断电路㊂Z源断路器的缺点是不能切断高阻故障,并且桥臂电感㊁电容参数不能随时调整,导致断路器适应性差㊂近年来,HCBs受到越来越多的关注㊂HCBs结合了SSCBs快速切断电流能力和MCBs通态损耗低的优点,是未来的发展方向之一㊂文[19]介绍了一种由载流支路㊁固态开关支路和吸收支路组成的HCB㊂在正常工作条件下,载流电流由导通损耗很小的载流支路传导㊂短路故障时,载流支路UFD断开,电流换向到固态支路㊂换向完成后,向固态支路发送关断信号,使其切断,清除短路电流㊂但同时大量的IGBT也被用于HCBs的固态开关分支,因此在高功率应用中HCBs的成本较高㊂针对在减少IGBT数量方面缺乏研究的问题,本文提出一种改进的限流低成本直流断路器㊂当此断路器处于载流状态时,IGBT处于导通状态㊂当故障发生时,分散在两侧的UFD迅速断开,电容C充电完成后,原有的并联支路变为串联支路㊂此时,由于系统等效电感突然增大,短路电流上升速率减慢㊂在这一阶段,本文提出的断路器IGBT串联共用电源电压,可减少IGBT的使用数量,提升此断路器的经济性㊂本文首先提出限流型混合断路器的拓扑,并分析此断路器的工作原理㊂然后,建立所提断路器仿真模型,通过PSCAD/EMTDC仿真软件和实验平台验证本文拓扑的有效性,并对其经济性进行分析㊂1㊀限流型混合直流断路器1.1㊀限流型混合直流断路器拓扑结构本文所提断路器拓扑主要包括IGBT阀组㊁限流电感和UFD如图1所示,IGBT阀组包括数个串联的IGBT㊁金属氧化物避雷器(MOA)和由4个二极管组成的二极管整流桥,该结构的功能是切断故障电流;限流电感(L1㊁L2㊁L3)负责限制短路电流的上升速率;UFD和电容C的作用是在发生短路故障后断开,改变电路结构,将原来并联支路转变为串联支路㊂图1㊀限流型混合直流断路器Fig.1㊀Current-limiting hybrid DC circuit breaker 1.2㊀限流型混合直流断路器工作原理发生短路故障后,限流型混合式直流断路器的分断时序如下:1)t1时刻为短路故障发生时刻;2)t2时刻UFD完全断开;3)t3时刻电容C充电完成完全断开,各IGBT 阀组由并联变为串联;4)t4时刻给IGBT发送关断信号,切除故障电流㊂1.2.1㊀正常工作阶段(t0-t1)图2显示了t0-t1阶段的电流方向,R0㊁R1㊁R s㊁R2分别为线电阻㊁IGBT电阻㊁负载电阻㊁UFD电阻㊂图2㊀t0-t1阶段等效电路Fig.2㊀Equivalent circuit of the t0-t1stage68哈㊀尔㊀滨㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀系统电流设置为I ,各支路电流分别设为I L1㊁I L2㊁I L3,直流电源电压设为U dc ㊂t 0-t 1期间,电流流向用红线表示,系统电流I 可表示为:I =U dcR 0+R +R s(1)式中R 为3个桥臂支路的等效电阻,可表示为R =(R 1+3R 2)R 13R 1+R 2(2)各支路电流可由式(3)计算:I L1=R 1+R 23R 1+R 2I I L2=R 1-R 23R 1+R 2I I L3=R 1+R 23R 1+R 2I üþýïïïïïïïï(3)UFD 的电阻很小,如果忽略R 2,3个支路的电流近似相等㊂1.2.2㊀故障检测阶段(t 1-t 2)假设在t 1时发生短路故障㊂UFD 接收到信号后开始关断,一般UFD 的关断时间为2ms㊂等效电路图如图3所示㊂图3㊀t 1-t 2阶段等效电路Fig.3㊀Equivalent circuit of the t 1-t 2stage根据图3列出相应的KVL 方程,如下所示:U dc =R 0I +2R 2R 13R 1+R 2I +R 1(R 1+R 2)3R 1+R 2I +LR 1+R 23R 1+R 2d Id t(4)其中L =L 1=L 2=L 3为简化式(4),用R e 和R q 代替部分系数,即R e =R 0+2R 2R 13R 1+R 2+R 1(R 1+R 2)3R 1+R 2(5)R q =R 1+R 23R 1+R 2(6)简化结果可表示为U dc =IR e +LR q d I d t(7)解式(7)可得:I =U dc R e +(I N -U dc R e)e -t -t 1τ(8)式中:τ=LR q /R e ;I N 为额定电流㊂1.2.3㊀换流阶段(t 2-t 3)UFD 在t 2时刻关断,电流换相开始㊂等效电路如图4所示㊂电容充电方程可表示为U C1=L d I L1d t +R 1I L1-L d I L2d t -R 1I L2U C2=L d I L3d t +R 1I L3-L d I L2d t-R 1I L2üþýïïïï(9)其中U C1和U C2分别代表左右电容的电压㊂在UFD 断开的过程中,系统电流连续给UFD中的并联电容充电㊂此外,电容C 在充电过程中会产生反向电压,可在一定程度上限制短路电流的增长㊂图4㊀t 2-t 3阶段等效电路Fig.4㊀Equivalent circuit of the t 2-t 3stage1.2.4㊀IGBT 工作阶段(t 3-t 4)电容C 在t 3时充电完成断开,并联的3个支路同时串联,等效电路图如图5所示㊂图5㊀t 3-t 4阶段等效电路Fig.5㊀Equivalent circuit of the t 3-t 4stage78第2期董鹤楠等:一种限流型混合直流断路器拓扑由图5可知,KVL 方程为U dc =(R 0+3R 1)I +3L d I d t(10)解式(10)可得:I =U dc R 0+3R 1+(I t3-U dcR 0+3R 1)e-t -t 3τ1式中:τ1为3L /(R 0+3R 1);I t3为t 3时的系统电流值㊂由于流过电感的电流不能突然变化,当3个支路由并联变为串联时,系统电流会降低到单个支路电流,此时并联的电感转为串联,这进一步体现了断路器的限流作用㊂供电电压为U dc ,短路电流峰值为I peak ,IGBT 可承受的关断电压为u ,可承受的峰值电流为i 1㊂那么,本文所提出的断路器所需IGBT 数量可由式(12)得到,即x =U dc u(12)所需二极管数量为y =4I peak i 1(13)两种断路器使用相同数量的二极管,传统混合直流断路器所需IGBT 数量如式(14)所示㊂x =U dc I peakui 1(14)从式(12)~(14)可以看出,本文提出的断路器与传统混合直流断路器相比,随着电压水平的提高,可以节省更多的IGBT㊂分支数量的增加也可以节省更多的IGBT,使用的二极管数量是相同的㊂根据(12)㊁(14),电压等级越高,与传统混合直流断路器相比,可以节省更多的IGBT㊂综上所述,本文提出的断路器可以显著降低对于IGBT 的需求,进而节约成本㊂2㊀仿真结果分析在本节中,传统混合直流断路器和提出的断路器在PSCAD /EMTDC 平台上建模,仿真参数如表1所示㊂假设0.2s 时发生短路故障,UFD 完全断开连接大约需要2ms,UFD 完全断开后,IGBT 元件在0.203s 切断,断路器将短路电流完全切断,实现故障隔离㊂在上述条件下,对所提的限流型混合直流断路器进行仿真分析,仿真波形如图6~8所示㊂在相同条件下,对传统混合式直流断路器进行仿真,仿真波形如图9~10所示㊂表1㊀仿真模型的参数Tab.1㊀Parameters of simulation model参数值直流电源U dc /kV 100并联电容C /μF 10负载电阻R s /Ω200电感L /mH 60线路电阻R 0/Ω10图6㊀所提断路器系统电流波形Fig.6㊀System current waveform of theproposed circuit breaker㊀㊀由图6可以看出,在0.2s 系统发生短路故障后,系统电流在电感的限制下缓慢上升㊂在0.202s时,UFD 完全断开,电容C 开始充电,在t 3时充电完成断开,原来3个并联支路转变为成串联支路,系统电流降至1.45kA㊂随后由于电感的串联,故障电流的上升速率减慢,实现了限流功能㊂图6的系统电流波形与第一节的理论分析一致㊂图7㊀各支路的电流波形Fig.7㊀The current waveform of each branch图7为各支路电流波形图,I L1和I L3完全重叠为一条曲线㊂在0.202s 之前,即UFD 完全断开之前,3个支路上的电流大小相等,均为系统电流的1/3㊂当UFD 断开后,I L2变为幅值相等方向相反的电流㊂88哈㊀尔㊀滨㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀图8为各支路IGBT 阀组电压波形,U IGBT1和U IGBT3与曲线重叠㊂通过电压波形图可以看出,当0.203s IGBT 完全关闭时,电压有一个峰值,然后迅速下降并慢慢趋于稳定,最后电压稳定在电源电压的1/3㊂图8㊀IGBT 阀组电压波形Fig.8㊀IGBT group voltage waveform与图9中传统的混合式直流断路器相比,本文所提出的断路器切断故障电流的速度更快,且具备故障限流功能㊂从图8和图10可以看出,所提出的IGBT 阀组电压约为传统混合直流断路器电压的1/3㊂图9㊀传统断路器的系统电流波形Fig.9㊀System current waveform of thetraditional circuitbreaker图10㊀IGBT 组电压波形Fig.10㊀IGBT group voltage waveform3㊀实㊀验为了进一步研究所设计的直流断路器的性能,设计了一个简化的低压实验电路㊂实验图如图11所示,实验参数表见表2㊂图11㊀实验测试电路Fig.11㊀Experiment test circuit表2㊀实验设备参数Tab.2㊀Experimental equipment parameters参数值电源电压U dc /V 100并联电容C /μF 10负载电阻R s /Ω40电感L /mH 10线路电阻R 0/Ω10㊀㊀从图12可以看出,两侧支路断开后,电路由并联转为串联,系统电流下降㊂此时,电感转为串联连接,故障电流的上升率明显放缓,验证了所提断路器的限流功能㊂最后IGBT 关断,电流降低至零,实现故障隔离,这与前面的分析结果一致㊂图12㊀实验波形图Fig.12㊀Experimental waveform98第2期董鹤楠等:一种限流型混合直流断路器拓扑4㊀经济型分析将本文提出的直流断路器与文[20]提出的直流断路器进行经济性比较㊂基于ʃ100kV的工程条件,断路器电压一般是直流线路额定电压的1.5倍,一般为150kV㊂根据第2节可知,峰值电流约为1.66kA㊂IGBT采用5SNA2000K450300型号,额定参数为4.5kV/2kA㊂在不考虑冗余的情况下,由于本拓扑断路阀段采用的是二极管桥式模型,可以实现双向开断功能,所以IGBT个数仅为150/4=38个,电流最大值未超过额定值㊂在相同条件下针对于传统断路器进行仿真测试,由于传统断路器采用IGBT反串联,来实现双向开断功能,所以IGBT个数仅为(150/4)ˑ2=76个㊂电流最大值为4.18kA,超过额定值,需配备3条并联支路,所以IGBT个数为76ˑ3=228㊂表3给出了经济比较㊂表3㊀经济性比较Tab.3㊀Economic comparison方案IGBT总数UFD总数传统型2281改进型382㊀㊀与传统混合直流断路器相比,本文所提出的断路器在100kV工况下IGBT使用量降低83%㊂由于IGBT的单价较高,且需要配备控制电路,可见本文提出的断路器在高压系统中具有一定的经济性㊂5㊀结㊀论本文提出一种改进的直流断路器拓扑结构,并在PSCAD/EMTDC仿真软件和实验平台验证本文拓扑的有效性㊂最后进行经济性分析,得出以下结论㊂1)采用二极管桥结构实现双向导通,不仅可以减少IGBT的使用,降低成本,还可以使断路器具有双向导通电流的功能;2)故障发生后,可通过断开UFD将支路由并联变为串联,从而将所有支路的IGBT串联起来,以承受电源电压㊂因此,可以大大减少IGBT的数量,降低成本;3)具备故障限流功能;4)与传统断路器相比,在高压电网中具有更好的经济性㊂参考文献:[1]㊀赵俊博,张葛祥,黄彦全.含新能源电力系统状态估计研究现状和展望[J].电力自动化设备,2014,34(5):7.ZHAO Junbo,ZHANG Gexang,HUANG Yanquan.Pres-ent Situation and Prospect of Power System State Estima-tion with New Energy[J].Electric Power Automation E-quipment,2014,34(5):7.[2]㊀白浩,王钰山,周长城,等.市场环境下含新能源配电网供电能力评估及提升策略[J].哈尔滨理工大学学报,2021,26(5):114.BAI Hao,WANG Yushan,ZHOU Changcheng,et al.The Evaluation and Promotion Strategy of TSC for Distri-bution System with New Energy under Power Market Envi-ronment[J].Journal of Harbin University of Science andTechnology,2021,26(5):114.[3]㊀宋丹,张武洋,王成华.含光储系统的微电网能量协调控制策略[J].哈尔滨理工大学学报,2021,26(6):94.SONG Dan,ZHANG Wuyang,WANG Chenghua.Coor-dinated Control Strategy of Microgrid Energy with OpticalStorage System[J].Journal of Harbin University of Sci-ence and Technology,2021,26(6):94.[4]㊀ROHNER S,BERNET S,HILLER M,et al.Modula-tion,Losses,and Semiconductor Requirements of Modu-lar Multilevel Converters[J].IEEE Transactions on Ln-dustrial Electronics,2009,57(8):2633. [5]㊀江道灼,张弛,郑欢,等.一种限流式混合直流断路器方案[J].电力系统自动化,2014,38(4):65.JIANG Daozhuo,ZHANG Chi,ZHENG Huan,et al.AScheme for Current-limiting Hybrid DC Circuit Breaker[J].Automation of Electric Power Systems,2014,38(4):65.[6]㊀LI S,XU,LU Y,et al.An Auxiliary DC Circuit BreakerUtilizing an Augmented MMC[J].IEEE Transactions onPower Delivery,2019,34(2):561.[7]㊀ALI Z,TERRICHE Y,ABBAS S Z,et al.Fault Manage-ment in DC Microgrids:A Review of Challenges,Coun-termeasures,and Future Research Trends[J].IEEE Ac-cess,2021,9:128032.[8]㊀WANG T,CHU X,HUSSAIN K,et al.Fault Controland Line Protection Strategy for LVDC Microgrids Basedon Modified High-frequency-link DC Solid State Trans-former[J].International Journal of Electrical Power&Energy Systems,2022,140:108052.[9]㊀ZEN S,INADA Y,OHNISHI W,et al.Prototype Cur-09哈㊀尔㊀滨㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀rent-Limiting Hybrid DC Circuit Breaker Incorporating aFuse and a Semiconductor Device[J].IEEE Transactionson Power Delivery,2021,36(4):2231. [10]MOKHBERDORAN A,HERTEM D V,SILVA N,et al.Multi-port Hybrid HVDC Circuit Breaker[J].IEEETransactions on Industrial Electronics,2018,65(1):309.[11]徐政,肖晃庆,徐雨哲.直流断路器的基本原理和实现方法研究[J].高电压技术,2018,44(2):347.XU Zheng,XIAO Huangqing,XU Yuzhe.Study on BasicPrinciple and Its Realization Methods for DC CircuitBreakers[J].High Voltage Engineering,2018,44(2):347.[12]MARROQUI D,BLANES J M,GARRIGOS A,et al.Self-Powered380V DC SiC Solid-State Circuit Breakerand Fault Current Limiter[J].IEEE Transactions onPower Electronics,2019,34(10):9600. [13]LI J,LI Y,XIONG L,et al.DC Fault Analysis andTransient Average Current Based Fault Detection for Ra-dial MTDC System[J].IEEE Transactions on Power De-livery,2020,35(3):1310.[14]马志钦,王守明,杨贤,等.干式铁芯电抗器匝间短路故障检测与定位方法[J].哈尔滨理工大学学报,2020,25(6):63.MA Zhiqin,WANG Shouming,YANG Xian,et al.Re-search on the Detection and Location Method of TurnShort Circuit Fault of Dry-type Iron Core Reactor[J].Journal of Harbin University of Science and Technology,2020,25(6):63.[15]赵洪森,戈宝军,陶大军,等.同步发电机定子绕组匝间短路故障诊断研究[J].哈尔滨理工大学学报,2018,23(1):99.ZHAO Hongsen,GE Baojun,TAO Dajun,et al.Investi-gation on Stator Winding Inter-turns Short Circuit FaultDiagnosis[J].Journal of Harbin University of Scienceand Technology,2018,23(1):99.[16]WANG Y,LI W,WU X,et al.A Novel BidirectionalSolid-state Circuit Breaker for DC Microgrid[J].IEEETransactions on Industrial Electronics,2019,66(7):5707.[17]QI L L,ANTONIAZZI A,RACITI L,et al.Design ofSolid-State Circuit Breaker-Based Protection for DCShipboard Power Systems[J].IEEE Journal of Emergingand Selected Topics in Power Electronics,2017,5(1):260.[18]YE H,CHEN W.A Novel Hybrid DC Circuit BreakerBased on Pre-charged Capacitors[J].Zhongguo DianjiGongcheng Xuebao/Proceedings of the Chinese Society ofElectrical Engineering,2018,38(20):5992. [19]LAZZARI R,PIEGARI L.Design and Implementation ofLVDC Hybrid Circuit Breaker[J].IEEE Transactions onPower Electronics,2019,34(8):7369. [20]HASSANPOOR A,HÄFNER J,JACOBSON B.Techni-cal Assessment of Load Commutation Switch in HybridHVDC Breaker[J].IEEE Transactions on Power Elec-tronics,2014,30(10):5393.(编辑:温泽宇)19第2期董鹤楠等:一种限流型混合直流断路器拓扑。
限流式高压熔断器的能耗与效率分析高压熔断器在电力系统中起着关键的保护作用，它能够在电力系统中出现电流过载时快速切断电路，以保护电器设备和电网的安全运行。
限流式高压熔断器是一种常用的高压电器设备，通过限制电流大小来实现熔断的目的。
本文将对限流式高压熔断器的能耗与效率进行分析，探讨其在电力系统中的性能特点。
首先，我们来了解一下限流式高压熔断器的原理。
限流式高压熔断器由熔断器主体、电力触头、电磁驱动机构和限流电感组成。
当电流超过设定值时，电磁驱动机构会引起触头的快速移动，使熔断器主体内的限流电感磁场发生变化，进而降低电流的大小，从而实现熔断的效果。
这种限流式的设计既可以实现可靠的保护，又可以降低电能的损耗。
那么，限流式高压熔断器相比其他类型的熔断器在能耗和效率方面有何特点呢？首先，由于限流式高压熔断器采用了限流电感来限制电流大小，因此在正常运行情况下，其能耗相对较低。
而在电流超载时，熔断器会快速响应并切断电路，从而避免了过大的能耗。
其次，在恢复电力供应时，限流式高压熔断器能够迅速将电路恢复正常，减少停电时间，提高系统的连续运行性能。
此外，限流式高压熔断器的效率也值得关注。
由于其设计了限流电感，可以精确控制电流大小，使熔断过程更加精准，减少误动作的发生。
这不仅提高了系统的稳定性和安全性，还能够降低系统中可能产生的电弧能耗，避免能源的浪费。
因此，在对电力系统进行保护时，限流式高压熔断器能够提供更高效的保护，并能够减少能源的损耗。
当然，限流式高压熔断器在使用过程中也存在一些潜在的问题和挑战。
首先，由于限流电感需要通过控制触头和熔断器主体之间的电磁驱动机构来工作，因此需要有一个合适的控制系统来实现精确的电流控制。
其次，限流式高压熔断器在熔断过程中会产生电弧，需要采取适当的措施来消除或减小电弧对熔断器和电网的影响。
此外，限流式高压熔断器的设计和制造也需要考虑到不同电力系统的需求和使用环境的要求，以确保其性能和安全性。
混合式限流断路器的研究与发展
梅军;郑建勇;胡敏强;柴继涛;吴恒荣
【期刊名称】《电力系统保护与控制》
【年(卷),期】2004(032)020
【摘要】电力电子技术的进步与新型器件的出现为电力系统的发展提供了新的机会.概括了目前混合式限流断路器(HCLCB)的基本工作原理及其在国内外发展状况,详细介绍了基于不同器件的HCLCB的拓扑结构,诸如自然换流式及强迫换流式HCLCB,并分析了相应的技术特点,同时还从机械结构及故障电流检测的角度阐述了HCLCB设计要点,希望能为HCLCB的设计提供参考.
【总页数】6页(P72-77)
【作者】梅军;郑建勇;胡敏强;柴继涛;吴恒荣
【作者单位】东南大学电气系,江苏,南京,210096;东南大学电气系,江苏,南
京,210096;东南大学电气系,江苏,南京,210096;江苏华厦电气集团,江苏,扬
中,212200;江苏华厦电气集团,江苏,扬中,212200
【正文语种】中文
【中图分类】TM561
【相关文献】
1.新型混合式灭弧系统在限流断路器中的研究 [J], 陈旭;陈德桂
2.400V/450A混合式限流断路器阶段分析及参数设计 [J], 施源
3.限流断路器的混合式灭弧室的研究 [J], 陈德桂;陈勇
4.一种具有限流能力的新型混合式高压直流断路器拓扑 [J], 王金健; 王志新
5.基于超导限流器混合式直流断路器开断特性分析 [J], 栗静男;金晶;郑峰
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限流式高压熔断器的工作原理及应用研究摘要：本文将重点介绍限流式高压熔断器的工作原理以及在电力系统中的应用研究。
限流式高压熔断器是一种常见于高压电力系统中的保护设备，它能够对系统中的故障电流进行限流和熔断。
本文将首先介绍限流式高压熔断器的工作原理，包括其结构和工作机制。
之后，我们将讨论限流式高压熔断器在电力系统中的应用研究，包括其在保护系统中的作用和优势。
最后，我们将简要讨论限流式高压熔断器的发展趋势和未来的研究方向。
关键词：限流式高压熔断器、工作原理、应用研究、电力系统1. 引言随着电力系统的不断发展和电网负荷的增加，保护设备在电力系统中的作用变得越来越重要。
限流式高压熔断器作为一种常见的保护设备，其工作原理和应用研究成为了电力系统领域的热点问题。
限流式高压熔断器能够对系统中的故障电流进行限流和熔断，有效保护电力设备和人员的安全。
本文将深入探讨限流式高压熔断器的工作原理及其在电力系统中的应用研究。
2. 限流式高压熔断器的工作原理限流式高压熔断器通常由熔断器本体、限流电抗器和电流互感器组成。
当系统中的电流超过额定值时，熔断器将自动动作，通过断开电路来实现对系统的保护。
熔断器本体是限流式高压熔断器的核心部件，它由熔断器弓和电弧控制装置组成。
当熔断器动作时，熔断器弓将电弧击穿，形成电弧通道，同时电弧控制装置通过电极和电弧之间的磁场作用对电弧进行控制和消除。
限流电抗器是限流式高压熔断器的重要组成部分，它能够限制电流的流动，减小熔断器本体的工作负荷。
限流电抗器通常由线圈和铁芯组成，当电流超过额定值时，限流电抗器通过限制电流的大小来保护熔断器本体。
电流互感器是用于检测系统中的电流的装置，它能够将电流的变化转换为与之成比例的电压信号。
电流互感器通常由铁芯和线圈组成，通过将线圈绕在电力系统的主线路上，实现对电流的检测和测量。
3. 限流式高压熔断器在电力系统中的应用研究限流式高压熔断器在电力系统中发挥着重要的作用，它能够对电力系统中的故障电流进行及时熔断，保护电力设备和人员的安全。
摘要混合式高压直流断路器分断速度快且通态损耗低，能够保证不闭锁换流站的情况下实现线路故障的快速隔离，减小故障范围，是直流电网保护的关键设备之一。
首先研究了含混合式直流断路器的柔直系统直流故障限流机理，分析影响直流故障电流峰值以及故障电流持续时间的关键因素，并在现有混合式高压直流断路器基础上，提出一种快速限流的优化技术方案，在转移支路加入故障限流子模块（fault current limiter submodule,FCL_SM），FCL_SM由二极管桥、限流电阻以及限压电路组成，通过在故障过程中投入FCL_SM来降低故障电流峰值以及MOV吸收能量。
最后通过PSCAD/EMTDC仿真分析，验证了所提优化方案的可行性与有效性。
仿真结果表明，优化方案可有效降低直流故障电流峰值（降低幅度达14%）、故障电流持续时间以及直流断路器MOV吸收能量（降低幅度达16.2%），并可有效降低设备设计成本。
关键词:柔性直流电网；混合式高压直流断路器；故障电流峰值；MOV吸收能量；故障限流子模块0 引言我国幅员辽阔，以风能、太阳能为代表的可再生能源，具有远离负荷中心、资源分散等特点，使得大规模应用可再生能源必须采用远距离大容量输电方式[1-4]。
基于电压源型换流器的柔性直流输电技术具有有功无功解耦独立控制、能够接入弱电网、向无源负荷供电、具备电网黑启动能力、动态响应快、谐波特性优良且占地面积小等诸多优点[5-6]，是解决新能源并网和消纳问题的一种有效技术手段，是未来电网发展的方向之一[7-9]。
但由于直流电网的“低惯量、低阻抗”特性[5]，直流侧故障中故障电流上升迅速且幅值大，柔直电网对保护的速动性和选择性要求相比普通交流电网更高，需要在数毫秒内完成切断和清除故障电流等全套动作[10-12]，以防止对设备造成损害。
因此，直流电网保护技术是柔性直流电网技术当前发展的主要挑战之一[13-16]。
混合式高压直流断路器分断速度较快且动态损耗低，能够在不闭锁换流站的情况下实现线路故障的快速隔离，减小故障范围，是直流电网保护的关键设备之一[17-18]。
基于限流型多端口混合式高压直流断路器拓扑设计与研究基于限流型多端口混合式高压直流断路器拓扑设计与研究摘要：高压直流（HVDC）传输技术在能源传输领域得到了广泛应用。
然而，在HVDC系统中，断路器的正确操作和保护对系统正常运行至关重要。
本文研究了基于限流型多端口混合式高压直流断路器的拓扑设计与研究，并通过模拟实验验证了其有效性。
1. 引言高压直流传输系统具有输送能源远距离、低损耗和环境友好等优势，越来越多地被应用于大型能源输电项目中。
而在HVDC 系统中，断路器的功能主要是提供故障保护和操作控制，以确保系统的运行安全和可靠性。
2. 传统HVDC断路器的限制在传统的HVDC系统中，常用的断路器包括空气断路器和真空断路器。
然而，这些断路器存在一些限制，如动作时间长、维护困难、容易受到电流冲击等问题。
3.多端口混合式高压直流断路器的设计为了克服传统HVDC系统中断路器存在的限制，本文设计了一种基于限流型多端口混合式高压直流断路器。
该断路器采用了限流器件，使其具备消弧性能。
同时，通过设计多端口结构，实现了多个断路器共享限流器件的功能，从而提高了系统的灵活性和可靠性。
4. 拓扑结构设计基于限流型多端口混合式高压直流断路器的拓扑结构设计主要包括限流单元、断路单元和电流传感器。
限流单元用于限制故障电流，断路单元用于实现开关功能，而电流传感器用于实时监测系统电流。
5. 模拟实验与结果分析为验证设计的基于限流型多端口混合式高压直流断路器的有效性，本文进行了模拟实验。
实验结果表明，该断路器能够实现快速动作，并成功切断故障电流，保证了系统的正常运行。
6. 结论本文研究了基于限流型多端口混合式高压直流断路器的拓扑设计与研究，并通过模拟实验验证了其有效性。
该断路器具备消弧性能和多端口共享限流器件的功能，提高了系统的灵活性和可靠性。
未来可以进一步优化拓扑结构和控制算法，以提高断路器的性能。
综上所述，本文设计了一种基于限流型多端口混合式高压直流断路器，通过采用限流器件和多端口结构，解决了传统HVDC系统断路器的长、维护困难和容易受到电流冲击等问题。
混合型限流熔断器触发装置用电流互感器铁芯结构设计李枫;关涛;孙忠鹏
【期刊名称】《电源学报》
【年(卷),期】2024(22)1
【摘要】针对短路电流保护装置的电流测控单元因电子元器件失效或电源掉电而导致保护装置拒动的问题,提出了一种无源电磁式电流互感器,分析了触发装置的工作原理,根据铁芯材料的磁化特性曲线,确定了互感器有效工作区间内铁芯的最大磁感应强度。
针对铁芯在大电流条件下磁通容易饱和的问题,通过仿真分析了气隙分布对互感器内磁感应强度的影响。
设计出在短路电流峰值为15 kA时仍可有效工作的电磁式电流互感器铁芯结构,三维瞬态电磁场仿真显示短路电流上升率为20 A/μs、二次绕组匝数为30匝时,铁芯二次绕组侧输出电压不小于14 V。
最后设计制作了采用无源电磁式电流互感器作为触发装置的混合型限流熔断器工程样机,并进行了短路电流检测实验,实验结果与仿真基本一致,证明了铁芯设计的准确性和有效性。
【总页数】7页(P229-235)
【作者】李枫;关涛;孙忠鹏
【作者单位】海军研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TM452
【相关文献】
1.新型混合型限流熔断器在舰船综合电力系统中的应用分析
2.大电流电弧触发式混合限流熔断器分析与设计
3.采用电流变化率判断短路电流的新型限流熔断器
4.建筑工程造价和施工项目成本的控制管理探讨
5.从死亡病例疾病谱分析精神专科医院建设高质量内科学科的重要性
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无弧限流式混合断路器
Zybor.,J;Lipsk.,T
【期刊名称】《低压电器》
【年(卷),期】1998(000)001
【摘要】本文介绍一种名为混合限流式断路器（Ｈ－ＣＬＩＤ）的简化的直流／
交流混合断路器。
当主触头处于闭合位置时其两端的电压与机械式断路器为同一数量级，然而限流能力和电流分断能力却几乎与强迫换流的无触点晶闸管断路器相同。
和可实现接通和分断功能的混合断路器相比，Ｈ－ＣＬＩＤ的设计却简化多了。
在Ｈ－ＣＬＩＤ中使用了可更换触头，这样Ｈ－ＣＬＩＤ又相当于一个熔断器。
开发了两个Ｈ－ＣＬＩＤ模型，一个为物理模型，其额定参
【总页数】6页(P7-12)
【作者】Zybor.,J;Lipsk.,T
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TM561.02
【相关文献】
1.三阶段电流转移混合型无弧直流断路器 [J], 张国军;宋飞凡;李绍明;代国印
2.无弧直流快速断路器及关键技术研究 [J], 李辉;陈轩恕;陈江波;尹婷
3.混合式断路器无弧分断的影响因素研究 [J], 邵方静;纽春萍;吴益飞;胡杨;杨倬;陈喆歆
4.无弧直流快速断路器及关键技术研究 [J], 李辉;陈轩恕;陈江波;尹婷
5.一种高压无弧断路器的设计理念 [J], 张月存;江敖;林水生
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基于电容限流的混合式高压断路器拓扑研究
赵雅洁;薛田良;徐光晨;付兆隆;韩润泽
【期刊名称】《电工材料》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】随着电能传输容量越来越大、传输距离越来越远,高压、超高压直流输电网的“弱阻尼,低惯量”愈发严重。
高压直流断路器已成为高压、超高压直流电网的关键器件之一。
本研究提出的一种利用电解电容进行限流的混合式高压直流断路器,具备良好的故障电流开断能力,并能够抑制故障电流的快速上升,减少全控开关IGBT数量。
首先,介绍基于电解电容进行限流的断路器的电路结构;然后,阐述其阻断故障电流的原理;最后,在仿真平台PSCAD上搭建了仿真模型。
仿真结果表明:该断路器能够快速阻断故障电流,抑制电弧。
【总页数】3页(P91-93)
【作者】赵雅洁;薛田良;徐光晨;付兆隆;韩润泽
【作者单位】三峡大学电气与新能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM561
【相关文献】
1.一种具有限流能力的新型混合式高压直流断路器拓扑
2.一种基于电阻型超导限流器的高压直流断路器拓扑
3.一种高压限流混合式直流断路器拓扑及参数优化研究
4.
基于电容换流的限流型高压直流断路器5.基于电容换流的限流型混合式直流断路器
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