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直流断路器的作用及研究现状

2020-12-30 21:31:54 szwkw

    随着技术的进步,直流电力系统在舰船、直流输配电、新能源并网、轨道交通等领域正在获得越来越多的应用,迎来了快速发展的黄金时期,业界有专家将这一现象称为“直流电复仇记”。作为直流电网的重要保护设备,快速直流断路器也随之成为了近年来电器学科的研究热点。


  在船舶动力领域,综合电力系统已成为国内外舰船动力的发展方向。其核心思想是将传统舰船中相互独立的机械推进和电力两大系统合二为一,以电能的形式统一为推进、武器、通信、导航和日用设备等供电,实现了全舰能源的综合利用,被誉为舰船动力的第三次革命。采用中压直流电制的综合电力系统具有效率和功率密度高,体积和重量小,易于与高能武器、传感器等先进设备集成,系统生命力更强等诸多优势,成为舰船综合电力系统未来的发展的趋势。大容量舰船直流电力系统线路短、阻抗低、时间常数小,短路电流初始上升率通常超过20kA/ms,短路电流在几个ms的时间内便可攀升至100kA以上,对直流断路器的速动性和分断能力提出了很高的要求。缺乏可用的大容量快速直流断路器制约了舰船综合电力系统的工程实现。


液压电磁式断路器

液压电磁式断路器

  在输电领域,电压源换流器技术具有有功功率与无功功率可以独立控制、无需滤波及无功补偿设备、可向孤岛供电、潮流翻转时电压极性不变等优势[]。基于电压源换流器的柔性直流高压输电技术(voltage-sourced converter high-voltage direct current,VSC-HVDC)快速发展,多端柔性直流输电系统、乃至进一步发展组成直流电网,成为解决长距离大容量电能输送、新能源发电并网和大城市供电的有效技术途径,受到了人们的广泛关注。VSC-HVDC中平波电抗器小,直流侧含有较大的电容,系统短路电流上升率可达到10kA/ms。随着短路电流快速上升,直流电压在几个ms的时间内就会跌落至额定电压的80%以下,而VSC在直流电压跌落至额定电压的80%以下时将难以继续工作。作为系统中起着控制和保护双重作用的电力设备,快速直流断路器必须能够限制并切断故障电流,维持直流电网安全稳定运行。高压快速直流断路器的研制已成为制约直流电网发展的瓶颈。


  在更接近用户端的配电环节,微电网与各种新能源发电技术相互融合,发展形成了直流配电网、直流微电网的概念,迎来了相关理论研究和示范工程兴建的热潮。与交流配(微)电网相比较,直流配(微)电网供电容量大、线路成本低、损耗小、供电可靠性高、可控性强、电能质量好,更适于各类分布式新能源电源和负载接入。快速直流断路器作为直流配(微)电网安全运行和保护的关键设备,直接影响着系统控制与保护策略的制定。


  在地铁、轻轨等轨道交通领域,直流电制具有牵引性能好、电压损失小、供电安全可靠、经济效益高等优点,获得了大量的应用。直流牵引供电系统的可靠稳定运行是保证机车安全运行的前提。供电区间发生近端短路故障时,电流上升率和电流峰值均很大,必须在短路电流达到峰值前切除,以保护供电设备安全。当前,直流牵引供电系统领域中的直流断路器主要由赛雪龙等跨国公司垄断,采用高速直流空气断路器技术,基本可以满足系统的需要,但存在经济成本高、分断寿命低、维护工作量大等缺点。


      随着我国在建和新建地铁线路的增加,加上冶金和矿山等传统直流牵引领域,直流开关柜市场需求量很大。自主研制高性能的快速直流断路器具有重要的经济和社会意义。韦克威科技致力于航空、铁路、船舶等专业市场领域,为客户提供电流传感器、断路器、接触器、SSPC、固态功率控制器等综合解决方案。


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