高压直流断路器试验技术研究分析

邢桐

摘要：高压直流电网相对于传统交流电网具有显著优势，能够实现多能源供电、多落点受电，是一种非常灵活的输电方式，同时配合现有的电子信息技术，能够在未来城市智能电网工程中发挥巨大的优势。高压直流断路器作为解决高压直流输电常见故障最有效、最直接的方式，必定有着巨大的发展前景。此外，相对于国外的技术而言，我国的直流断路器还需进一步改善。

关键词： 高压直流;断路器;试验技术;应用分析

引言：高压直流电相对于传统的交流电具有很大优势。从能源角度讲，高压直流电更适应如今世界能源的走向及发展趋势，尤其对于以煤炭发电为主要发电方式的我国具有极为重要的意义。然而，高压直流电存在诸多问题，其中对于高压直流电推广最严重的阻碍是故障电流扩散，而高压直流断路器是目前解决此故障最有效和成熟的方式。

1.高压直流断路器的技术原理

高压直流断路器是为了解决直流电流故障扩散应运而生的产物。高压直流断路器的主要作用是对高压电网的开断，尤其是在高压电网出现故障时及时断电。它主要根据交流断路器经过相应的改造而产生，类似于我国目前最常应用的交流断路器空气开关。高压直流断路器主要分为3个类型——机械式、拓扑式以及混合式。随着高压直流技术的发展，对其的研究和改善越来越受到相关领域专家的重视。高压直流断路器主要应用于高压直流输电系统，依据的主要原理是迭加振荡电流法。目前，研制比较成功的断路器真空断路器、六氟化硫断路器以及产气断路器等，其中产气断路器属于实验内的产物，目前并不适用于大规模推广。真空断路器和六氟化硫断路器是目前应用最广泛、技术最成熟的断路器，基本已经垄断我国的断路器市场。

2.高压直流断路器的技术现状分析

随着电子技术的不断革新，高压直流断路器不断发生迭代。在高电压、大电流的应用场合中，通常根据不同的需要将电子器件串联以提高抗压能力，或者将电子器件并联以提高其分流能力，从而从根本上提高其对高电压、大电流场合的适应能力。此外，为了解决电路幅度过大对断路器的开断能力产生影响，从灭弧能力、灭弧材料等方面提供了策略。首先，从研究直流电弧的特性出发，只有充分了解直流电弧的特性，才能避免其产生更大的伤害，并以此为出发点制造出灭弧能力更强、灭弧速度更快的断路器。其次，采用包含机械开关和电力电子器件的结构，通过合理把握开断时间来设定合适的开关顺序，以使机械开关实现在极小的电流甚至零电流下开断，从而成功解决以上问题。

3.高压直流断路器试验技术研究

3.1主支路阀组的电流应力试验

主支路阀组是高压直流断路器最重要的工作场景之一。大部分的高压直流断路器都会服役在高压直流电网的主支路上，而主支路阀组的电流应力是影响高压直流断路器工作效果和稳定性的主要因素之一。所谓电流应力，通俗而言就是电路上的相关设备及电子元器件所能够承受的电流量的大小。不同的电流值会产生不同的效果，除了电子元器件自身的电阻之外，电流值将会影响到电路作用于不同电子元器件的电压值。不同的电子元器件所能承受的电压值有所不同，如果不能对所承受的电压值和电流值进行准确测量，将会导致断路器的提前损毁。高压电网的断路器维修成本很高，经常性维修或更换显然不能满足正常的供给需求。

3.2快速机械开关动态冲击试验

目前，真空高压直流断路器能够满足我国高压直流电网的需求，没有根本上的缺陷，因此暂时没有进一步技术突破的必要。但是，可以通过不同的试验进一步提高高压直流断路器的性能，使之能够在实际应用中有着更好的表现。快速机械开关动态试验是为了验证高压直流断路器在高强度工作下的稳定性和它的使用寿命。随着时间的推移和应用次数的增加，高压直流断路器会由于电子元器件的老化和性能缩减导致寿命降低。快速机械开关动态试验，能够在很大程度上测量出高压直流断路器的实际应用寿命。此外，通过对试验结果的分析，可以进一步改进高压直流断路器，寻找更耐用的材料，采用更多的技术改进，以此不断提高其在快速机械开关动态冲击试验中的表现，提高高压直流断路器的使用寿命，对高压直流断路器的推广具有重要作用。因为高压电网的特殊地理位置，导致高压直流断路器的装卸存在很多障碍。如果能够延长高壓直流断路器的使用寿命，降低高压直流断路器的更换频率和维修频率，对于一些高原、山区等地区的电力普及稳定供应帮助巨大[3]。

3.3额定电流和短路电流开断试验

通过主支路阀组的电流应力实验，能够获得一些重要的数据，有助于相关工作人员确定高压直流断路器的参数。这些参数的确定将会在很大程度上决定断路器所能通过的最大电流值。但是，在日常使用过程中不能以这种会对电子元器件有损害的方式工作，而是应该使用更合理的额定电流。由此可知，关于电路的额定电流的测定非常必要。如果额定电流测试准确，将会在很大程度上保证电路的正常工作，从而减少断路器的检修次数。对一定规格的高压直流断路器进行处于极限电流值之内的不同电流的试验，通过试验时间、试验强度等相关参数的对比，以及设定额定电压等值作为参考，能够在最大程度上推断所适合的电流，然后将不同规格的高压直流断路器应用于合适的场所，以保证最大的工作效率。短路电流的开断试验是试验的重要内容之一，因为高压直流断路器发挥作用时很大概率是在短路条件下。常见的一些自然灾害如风雪雷电，都有一定概率引发电路短路。同时，由于电网的部分元器件老化、检修不及时或者其他人为因素等都有可能导致此类事件的发生，如果电路长时间处于

短路状态，很容易引起火灾，损坏重要元器件，甚至发生人触电死亡等重大的事故灾害。而高压直流断路器是最重要最有效的预防此类事件发生的手段，断路器在短路状态下的表现将会直接影响断电的效果，因此测试断路器在短路条件下的性能十分必要，可以以此测试高压直流断路器的可靠性，为后续的改进和应用提供数据支撑。

结束语

综上所述，高压直流断路器利用电力电子器件开断直流回路，快速清除直流故障，对柔性直流翰电系统的稳定、经济运行具有重要作用。现阶段，高压输电技术的不断在发展，高压输电技术在电力领域已被广泛应用。与高压交流输电比较而言，直流输电具有功率调整简单、输电损耗小、可靠性高等特点，在大容量、远距离输电情况下有较好适用性。一旦因为电流幅值大而导致断路器没有发挥作用，就会失去自动断开电路最好的时机，往往造成不可估量的后果。为了充分发挥高压直流输电技术应用价值，需要加大其试验技术的研究，促使该技术能有效应用在输电系统中，并且在断路器的作用下，实现多端直流输配电网的良好建设。

参考文献

[1]吕玮，王文杰.混合式高压直流断路器试验技术[J].高电压技术，2018，44（5）：1685-1691.

[2]张弛.高压直流断路器及其关键技术[D].浙江大学，2014.

[3]赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004.

[4]张艳军.浅谈智能变电站设备运行中的缺陷分析和处理思考[J].继电器缺陷处理，2016（02）：92～94.

[5]张立基，马文丽.关于智能变电站设备运行中的缺陷分析和处理思考[J].装置缺陷处理， 2015（10）：811～910.

[6]张振宇.关于智能变电站设备运行中的缺陷分析和处理思考[J]. 现代智能化，2015（10）：81～90.