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真空与气体一体化串联机械开关及其直流快速转移应用

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admin 发表于 2024-12-14 02:20 | 查看全部 阅读模式

文档名:真空与气体一体化串联机械开关及其直流快速转移应用
摘要:为提升中压混合式直流断路器的自然换流性能,该文提出一种真空与气体一体化串联机械开关,分析真空与气体一体化串联用于电流转移性能的工作原理.并基于此设计了双超程联动的真空与气体一体化串联开关实验样机,研究了气体类型、气压、触头结构、触头材料等参数对电弧电压特性的影响规律,确定了W70Cu桥式两触点结构,采用H2和N2体积比为2:3、气压为0.3MPa的氢氮混合气体,弧压可由20V提升到120V,电流转移时间由1900μs缩短至300μs.同时测试了静态瞬态开断电压(TIV)分布特性,真空间隙承担主要电压(55%),串联整机耐压水平为20kV.验证了真空与气体一体化串联开关应用于中压混合式直流断路器的可行性和有效性.

Abstract:ThehybridDCcircuitbreaker(DCCB)isthekeyequipmentforthecontrol,protectionandisolationofDCsystem.Amongthem,thenaturalcommutationmethodrelyingonvacuumarcvoltagehasasimplestructure,butthecommutationperformancedoesnotmeetthedemandoflargecurrentinterruption.Forcedcommutationrequiresadditionaltransferdevicestoincreasesystemcomplexityandcost.Combinedwiththeideaofvacuumandgasmediumseriescooperativebreakinginthepreviousresearchoftheteam,aseries-connectedvacuumandgasinterruptersisproposedinthispaper.Thearcvoltageofthemechanicalswitchcanbeincreasedtoseveralhundredvoltsbyseries-connectedvacuumandgasinterrupters.ThisswitchisappliedtomediumvoltagehybridDCcircuitbreakertoacceleratecurrenttransfer,givingfullplaytotheadvantagesofhighgasarcvoltageandfastrecoveryofvacuummedium.Firstly,thetopologyofanewhybridDCcircuitbreakerbasedonseries-connectedvacuumandgasinterrupters(Novel-DCCB)isintroduced,andtheworkingprincipleofthestructureisanalyzed.Basedonthecontinuoustransientvacuumarcmodel,Mayrgasarcmodel,powerelectronicdevicemodel,buffercircuitmodelandarrestermodel,asimulationmodelofanovelhybridDCcircuitbreakerbasedonvacuumandgasintegratedseriesisbuiltinMatlab/Simulink.Thebreakingwaveformsofthewholemachinearesimulatedandcompared.Novel-DCCBshortensthecurrenttransfertimefrom1900μsto300μsbyincreasingthearcvoltageofthemechanicalswitch.TheTIVatbothendsofHSSafterIGBTshutdownismainlybornebythevacuumgap.TheadvantagesofhighgasarcvoltageinthearcingstageandfastrecoveryofvacuummediumintheTIVstageofHSSarefullyutilized.Finally,thesimulationanalysisshowsthatthetransferlimitcurrentofNovel-DCCBcanreach100kA,andthetransfertimeisbasicallycontrolledwithin0.5ms.Then,aseries-connectedvacuumandgasinterruptersprototype(HSS)wasbuilt,anditsopeningprinciplewasintroducedandtested.Undertheinfluenceofthedoubleover-rangelinkageoperatingstructure,thegasgapandthevacuumgapwereseparatedsuccessively,andthetimeintervalwasabout200μs.Finally,theHSSarcvoltagecharacteristicexperimentalplatformandHSShighfrequencyTIVwithstandvoltageexperimentalplatformwerebuilt.Theeffectsofcontactstructure,contactmaterial,gasmediumandairpressureonthearcvoltagecharacteristicsweretested.ThecontactmaterialwasW70Cu,thecontactstructurewasbridgetypetwocontact,thegastypewashydrogennitrogenmixedgas(H2:N2=2:3),theairpressurewas0.3MPa,thegasarcvoltagecouldreach96V,andthetotalHSSarcvoltagecouldbeincreasedfrom20Vto120V;thestaticvoltagedistributionandinsulationstrengthofHSShigh-frequencyTIVweretested.TheresultsshowthatthepartialpressureofHSShigh-voltagesidevacuuminterrupteraccountsfor55%underhigh-frequencyTIV,andthemaximumtoleranceTIVofHSSis20kV.

作者:程显  白青林  葛国伟  陈鸿源  杜帅Author:ChengXian  BaiQinglin  GeGuowei  ChenHongyuan  DuShuai
作者单位:郑州大学电气工程学院郑州450001;河南省输配电装备与电气绝缘工程技术研究中心郑州450001
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(5)
分类号:TM561
关键词:真空与气体串联  中压混合式直流断路器  弧压特性  电流转移特性  电压分布特性  
Keywords:Series-connectedvacuumandgasinterrupters  mediumvoltagehybridDCcircuitbreaker  arcvoltagecharacteristic  currenttransfercharacteristic  voltagedistributioncharacteristic  
机标分类号:TM561TM721TP31
在线出版日期:2024年3月19日
基金项目:河南省重大专项,国家自然科学基金,国家自然科学基金,河南省优秀青年科学基金项目,河南省科技创新人才项目真空与气体一体化串联机械开关及其直流快速转移应用[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(5)程显  白青林  葛国伟  陈鸿源  杜帅为提升中压混合式直流断路器的自然换流性能,该文提出一种真空与气体一体化串联机械开关,分析真空与气体一体化串联用于电流转移性能的工作原理.并基于此设计了双超程联动的真空与气体一体化串联开关实验样机,研究了气体...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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