摘要：我国电力行业的快速发展推动我国整体经济建设发展迅速，使得我国快速进入现代化发展阶段。相比交流电网，直流输电在线路损耗、传输容量、传输距离、新能源并网、分布式发电等方面具有更大的优势。直流输电网可以提高输送能量、增加系统控制自由度并且提高供电质量。
关键词：高压直流断路器；试验技术
引言
电是我国基础建设中非常重要的组成部分，一直以来发挥着非常重要的作用。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直流断路器发展概述
由于直流电网没有自然过零点，且其惯性小、支路故障发展速度快，因此直流断路器要满足以下要求：正常运行时的损耗低，故障时具备快速可靠关断，能够承受过电压、过电流能力。直流断路器分为3类：机械式直流断路器（MCB）、固态式直流断路器（SSCB）和混合式直流断路器（HCB）。机械式直流断路器利用传统交流机械开关，人工制造电流过零点来熄灭电弧，具有通态损耗低和开断故障电流能力强的优点，但故障处理时间较长；固态式直流断路器利用电力电子开关器件（绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、集成门极换流晶闸管（IGCT）等）串联来实现大电流的关断，可以迅速处理故障，但电压等级较低、功耗大、价格昂贵。混合式直流断路器结合了机械式断路器和固态式断路器的优点，利用快速机械开关导通正常运行电流，固态电力电子器件来分断短路电流，既具备较低的通态损耗，又有迅速的分断能力。国内外众多学者对于上述3类直流断路器进行了大量的研究和论述。论述了适用于中压领域的3类直流断路器拓扑。分析了3类直流断路器的原理特点及其在中高压领域的适用性。介绍了基于半导体和关断缓冲的机械式断路器和基于快速机械式断路器的混合式断路器。总结归纳了固态式断路器和混合式断路器的典型拓扑并进行了基于实例电路的仿真研究。简要介绍了ABB公司提出的典型混合式断路器拓扑，比较并总结了各类混合式断路器拓扑，并介绍其在直流和交流系统中的应用。由以上的研究成果可以发现，混合式断路器将是未来直流断路器发展的主要趋势。以ABB公司推出的混合式直流断路器为基础，混合式直流断路器在换流支路、主开关支路以及控制方法等方面仍有改进空间。此外，其他2种直流断路器经过改进也可以满足特定工况的需求，改进了机械式断路器的辅助回路，使其能够在微秒量级下使主断口开关迅速过零熄弧；提出一种基于IGBT串联技术的固态式断路器，能够在直流中压10kV条件下完成关断，将固态式断路器应用于更高电压等级的直流系统。
2高压直流断路器存在的问题分析
我国的高压直流断路器主要基于电流增幅的相关原理进行研制。这类断路器制作成本较低，同时具有很好的市场表现，因此受到高压直流初级市场的喜爱。但是，由于电流幅值的增加对于开断效果具有一定的影响，因此当面对的电流幅值较大时，它的开断能力会受到一定影响。这个影响在实际应用中非常致命，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。电流幅值在实际工作中很难控制，不同的流量也会引起不同的幅值变化。如果不能解决这个问题，断路器将很难应用于实际的高压电网中。
3高压直流断路器试验技术研究
3.1线圈型电磁斥力机构的工作原理
通过预充电的储能电容向固定线圈和运动线圈放电，两个线圈中流过大小相同方向相反的脉冲电流，并在线圈周围产生交变磁场。线圈间的磁场相互作用产生电磁斥力，从而使运动线圈带动驱动杆和灭弧室触头高速运动，实现开关的快速合分闸操作。
3.2磁感应电流换向驱动电路
制造电流过零点的关键在于向主开关支路中注入电流，除了采用电容电感谐振的方式，还可以采用磁感应电流换向驱动电路。机械开关串联副边线圈L2；Da和Db为导通方向不同的二极管；Ta和Tb为导通方向不同的晶闸管；MOV为金属氧化物避雷器。故障时闭合换相驱动电路，副边线圈通过原边线圈的耦合向机械开关支路提供反向电流来使故障电流过零。将电流换向驱动电路安装到换流支路以减少稳态运行时的损耗，并重新设计了换向驱动电路的控制开关以承受电容电压的上升，提高可靠性。采用同样的思路，不同的是利用电网向电容充电，适用于低电压等级。采用磁感应的方式导致驱动电路与负荷电路之间没有电路的连接，与依靠电容直接注入反向电流相比更具有可靠性。但这种驱动电路的使用受限于与之相连断路器的灭弧能力，根据开关S在线路具有不同电流电压上升率的情况下所能阻断的电流大小的不同，驱动电路的设计也不相同，因此该种电路的使用参数应根据实际可能的情况进行计算，必要时应设计为可以通过投切改变参数的类型。目前在高压领域应用较多的机械式断路器其辅助电路仍是过零振荡电路，但其故障电流切除时间相对较长且无法实时、灵活、快速动作导致其可靠性不高所建立的辅助电路，虽然能在微秒量级闭合形成与故障电流反向的振荡电流，使主断口开关迅速过零熄弧，但同时导致了辅助电路的复杂度和成本大大提高。
3.3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。如果能够延长高压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。
结语
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有一定的改善空间。
参考文献
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