何昌俊 孙永刚
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摘要：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。基于此，以下对高压直流断路器试验技术研究进行了探讨，以供参考。
关键词：高压直流断路器;试验技术;直流输电;研究分析
引言
随着高压输电技术的快速发展，促使高压直流输电技术在电力领域实现了广泛应用。相较于高压交流输电来讲，直流输电体现出功率调整简单、输电损耗小、可靠性高等优势，在大容量、远距离输电情况下有较好适用性。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，使得该技术能有效应用在输电系统中，并在断路器作用下，实现多端直流输配电网的良好建设。
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实现高压电网的开断，尤其是在高压电网出现故障时及时切断故障电流。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，研制比较成功的有真空断路器、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高压直流开断技术
直流断路器灭弧原理和机构多样化，根据高压直流断路器的组成，可以分为机械式直流断路器、混合式直流断路器、电力电子式直流断路器。机械式高压直流断路器是将传统的交流断路器的机械开断单元应用于直流拓扑结构开断中，完成直流电流开断。直流系统电流没有自然过零点，机械式高压直流断路器通过人工制造过零点，利用由机械开关构成的直流断路器来完成直流电流开断。机械式直流断路器由机械开关，电流转移支路，能量吸收支路3部分组成，其中电流转移支路由电容和电感组成，使其能够产生高频反相电流；能量吸收支路由MOV构成。直流系统正常运行时，直流电流流过直流断路器(直流断路器合闸)，当直流系统发生短路故障后，直流断路器中的机械开关触头分闸，此时电流转移支路贯通，产生高频振荡电流与直流短路电流共同作用产生所谓的人工过零点，机械开关在电流零点分断电流，机械开关两端恢复电压随即上升，当其上升到能量吸收支路的动作电压后，电流转移到能量吸收支路，完成一次直流电流开断。
3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。
4高压直流断路器试验技术的相关分析
4.1有源型直流断路器的开断试验研究
当直流电路系统存在短路故障时，则短路电流在短时间内快速升高。在对55kV直流系统进行分析时，可发现在短路故障影响下，线路中电流值明显上升，对这一过程进行仿真分析，能观察到短路故障发生短时间内，线路电流增长速度明显，随着时间推移，短路电流能达到63kA，这时需要依靠断路器保护作用，以免造成系统破坏。当前有源型直流断路器运行过程中，能做到为柔性直流输电系统及高压多端输电系统进行保护，可针对较高电流做出快速反应，通过开断短路电流来保障直流系统可靠运行。断路器能开断升高过程中的电流，即是直流断路器要开断直流系统出现短路故障后的一段上升期的短路电流，从而做到快速开断短路电流。在进行高压断路器试验研究时，主要针对有源型直流断路器来开展开断试验。这类高压直流断电器保护功能实现的关键在于开断一段升高过程的短路电流，上升过程中的电流主要体现出能量大和高电压的特点，对断路器要求较高。借助短路发电机来仿真直流系统短路故障下的直流短路电流，这种试验技需要应用多种设备，成本相对较高并且短路电流控制较复杂，经济性较差。
4.2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。
4.3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。
结束语
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
[1]赵新阳,张军伟,王献才,黄帅印,李言中.探究高压直流断路器开断试验方法[J].山东工业技术,2019(09):202+177.
[2]胡斌斌,刘黎明,袁召,何俊佳,岑义顺,周璇.高压直流开断试验方法[J/OL].高电压技术:1-6[2020-07-27].
[3]王雪,任尔珣.高压直流断路器试验技术的相关分析[J].通讯世界,2018(10):203-204.
[4]陈名,黎小林,许树楷,张祖安,李岩,饶宏,何俊佳,李艳林.机械式高压直流断路器工程应用研究[J].全球能源互联网,2018,1(04):423-429.
[5]陈名,徐敏,黎小林,张祖安,许树楷,李岩,袁召,何俊佳.高压直流断路器开断试验方法综述[J].高压电器,2018,54(07):37-43.