直流断路器

《中国智能配电与物联网创新联盟行业发展报告（2020版）》发布内容主要涵盖一二次融合智能开关技术、节能型配电变压器技术、智能交直流断路器技术、智能融合终端技术、通信技术、高可靠性取能技术、信息安全防护技术、智能传感技术、中台技术、云计算与区块链技术等十项智能配电网典型应用技术、标准体系、专利布局现状及发展趋势。

本文在分析直流输电技术特点的基础上,总结了目前直流输电对于直流断路器的基本要求;介绍了用于直流领域的断路器的种类,分析了其工作原理以及性能特点;简要综述了直流断路器国内外发展现状,并分析了直流断路器存在的主要技术问题,指出混合直流断路器是直流输电领域的直流断路器研究的主要方向。

近年来，随着直流输电工程的快速发展以及直流负载的广泛应用，高可靠、低成本的直流断路器研究日益受到人们的关注。然而，目前尚未完全形成系统的直流保护理论体系与快速直流断路器技术，难以保障直流电网的安全可靠运行，阻碍了其进一步发展。本报告，首先对直流配电网的故障特性进行了分析，指出固态断路器更符合中低压直流系统的需求；在此基础上提出了一种基于碳化硅JFET的智能固态断路器拓扑结构及其控制策略；此外，讨论了JFET的串并联技术，大幅提升了直流固态断路器的功率等级。

智能型直流框架断路器和直流塑壳断路器以及直流插头插座系统，首次实现低压塑壳式直流断路器的智能化产品设计，突破了单断点的全电压的分断技术，并实现了低压直流断路器和直流差走插座的的无弧接通与分断技术。

直流电源系统

直流断路器作为直流电网实现故障清除的重要设备之一，其性能的优劣将直接影响系统的安全稳定运行。针对目前大部分断路器不具备故障限流能力且成本较高这一问题，提出了一种具有限流功能的电容型高压直流断路器设计方案。利用电容的充放电特性实现限流电抗和避雷器的投切，能够显著降低故障电流峰值；将传统直流断路器中大规模全控器件IGBT（绝缘栅双极晶体管）用电容来替代，在实现断流功能的同时有效降低了成本。基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建单端等效模型并进行仿真验证，结果表明：相较于传统高压直流断路器，所提方案降低了故障电流峰值，缩短了故障隔离时间，具有较好的性能。

直流空气开关（断路器）是电力系统变电站、发电厂直流系统最常用的保护元件，其良好的性能和实用性得到人们的一致认可，并得到广泛的应用。目前的直流馈电网络多采用树状结构，从蓄电池到站内各用电设备，一般至少经过三级配电。随着发电厂、变电站控制负荷和动力负荷对直流电源的要求越来越高，其保护电器的过载保护、短路保护要求也越来越严格，它不能有任一的拒动和误动，尤其是越级误动，将会造成电力设备损坏和系统故障、甚至引发大面积停电事故。发生越级误动的情况主要是因为保护电器选择不合理和断路器性能不稳定等原因。

以开关类设备为核心，对高压交直流断路器、高压隔离开关、气体绝缘金属封闭开关设备、气体绝缘金属输电线路、避雷器以及高压开关柜六个设备运检与故障处理的相关知识进行了系统讲解。