高壓固態(tài)斷路器介紹

1、二線單元聯(lián)動型高壓固態(tài)斷路器介紹二線單元聯(lián)動型高壓固態(tài)斷路器是一項(xiàng)新穎的專利技術(shù)，是在已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的低壓固態(tài)斷路器基礎(chǔ)上拓展的一種技術(shù)。所謂二線單元是特指交流二線式固態(tài)開關(guān)。一個(gè)具有短路保護(hù)的交流二線式固態(tài)開關(guān)就成為用于低壓單相電路的單極固態(tài)斷路器; 三個(gè)具有短路保護(hù)的交流二線式固態(tài)開關(guān)的三相聯(lián)動就組成用于低壓三相電路的三相固態(tài)斷路器; 數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)具有短路保護(hù)的交流二線式固態(tài)開關(guān)的串聯(lián)聯(lián)動及三相聯(lián)動就組成用于高壓三相電路的高壓三相固態(tài)斷路器。現(xiàn)介紹如下：普通斷路器和固態(tài)斷路器的區(qū)別普通斷路器依靠二個(gè)活動金屬觸點(diǎn)的接觸或不接觸來實(shí)現(xiàn)負(fù)載通斷及短路時(shí)的分?jǐn)?，所以是一種機(jī)械裝置。固態(tài)斷路器是一種電

2、子電路，不是依靠機(jī)械裝置的運(yùn)動來完成負(fù)載的通斷，而是依靠改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能來實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的接通與斷開及故障電流的分?jǐn)唷０雽?dǎo)體經(jīng)過處理成為晶體管（半導(dǎo)體管），它的導(dǎo)電性能變成可控的，即能成為接近導(dǎo)體（電阻很小）或接近絕緣體（電阻很大）的導(dǎo)電狀態(tài)。例如，以220伏20安單極固態(tài)斷路器產(chǎn)品來說明，單極固態(tài)斷路器的通態(tài)電阻是0.02歐左右，斷態(tài)電阻是220千歐左右。普通斷路器的斷開過程是一種機(jī)械運(yùn)動，并有電弧產(chǎn)生。負(fù)載短路時(shí)，開斷時(shí)間需要幾十亳秒，短路電流大，短路造成的損害大。固態(tài)斷路器的斷開是依靠半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，速度快，無電弧產(chǎn)生。對于性能優(yōu)秀的固態(tài)斷路器，短路時(shí)的開斷時(shí)間應(yīng)該是微

3、秒級的，短路產(chǎn)生的故障電流小，短路不造成損害或造成的損害小。由交流二線式固態(tài)開關(guān)組成的低壓固態(tài)斷路器本專利技術(shù)中，低壓單極固態(tài)斷路器實(shí)際上是一個(gè)只有二個(gè)對外連接端子的交流二線式固態(tài)開關(guān)，由大功率晶體管組件、控制板和電流互感器等三部分組成，控制板內(nèi)部有變換電路、控制電路和斷態(tài)供電電路等。內(nèi)部電路框圖如下。 低壓三相固態(tài)斷路器由三個(gè)交流二線式固態(tài)開關(guān)及多個(gè)光電耦合器組成。內(nèi)部電路框圖路如下。圖中，接B相的交流二線式固態(tài)開關(guān)為主控單元，接A相和C相的交流二線式固態(tài)開關(guān)為二個(gè)受控單元，主控單元和受控單元依靠四個(gè)光電耦合器相互傳輸通斷信號，達(dá)到三個(gè)單元的通斷聯(lián)動。作為三相固態(tài)斷路器的產(chǎn)品，無需輔助電源，

4、只有六個(gè)對外的接線端子，三個(gè)端子接三相電源，另三個(gè)端子接三相負(fù)載，這在目前世界上是絕無僅有的產(chǎn)品。由于我們采用速度最快、安全工作區(qū)最優(yōu)秀的功率場效應(yīng)晶體管組成大功率晶體管組件，用以承載負(fù)載電流和故障電流，再加上二線形式的固有優(yōu)點(diǎn)，使低壓固態(tài)斷路器的質(zhì)量成為無與倫比的國際領(lǐng)先水平。以220伏20安單極固態(tài)斷路器產(chǎn)品為例，短路時(shí)的開斷時(shí)間是微秒內(nèi)的（僅數(shù)百納秒），比傳統(tǒng)斷路器快幾萬倍至幾十萬倍，在由短路產(chǎn)生的電流遠(yuǎn)未達(dá)到短路電流時(shí)就切斷電路了，而且，截流值（短路發(fā)生后，達(dá)到多少數(shù)值的電流時(shí)切斷電路）可以根據(jù)需要整定的，因而，大大減少了短路時(shí)所釋放的能量(釋放的能量減小至少4000倍，同時(shí)大大減小了

5、短路處產(chǎn)生的電火花。因此，允許千萬次短路次數(shù)，允許使用短路方式來關(guān)斷電路。由于這種固態(tài)斷路器的分?jǐn)鄷r(shí)間非?？旌徒亓髦凳强梢哉ǖ模裕虘B(tài)斷路器的短路分?jǐn)嗄芰?shí)際上是無限大，也就是說，固態(tài)斷路器處理短路故障的能力不會由于主電源的容量增大和輸電線長度減小而受到影響。國外先進(jìn)國家高壓固態(tài)斷路器的研發(fā)動態(tài)為了實(shí)現(xiàn)能源的變革，需要對電網(wǎng)進(jìn)行升級，我們的電網(wǎng)迫切需要升級改造。另一方面，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，當(dāng)今社會對電力系統(tǒng)及輸電技術(shù)提出了更高的要求，如何進(jìn)一步提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性、向用戶提供高質(zhì)量電能成為電力行業(yè)的發(fā)展方向。斷路器作為輸電線路中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，其性能直接影響著電網(wǎng)的正常運(yùn)行。在目前的輸電系

6、統(tǒng)中大量采用機(jī)械式斷路器，盡管它有導(dǎo)通穩(wěn)定、帶負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但隨著用戶對電力質(zhì)量要求的提高，它的缺點(diǎn)也越來越突出。因不能實(shí)時(shí)、靈活、連續(xù)和快速的動作，易使事故擴(kuò)大，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性; 在斷開負(fù)載時(shí)往往有電弧產(chǎn)生，觸頭易燒損，開斷時(shí)間長，難以滿足一些電力用戶對故障電流的速動性要求，在運(yùn)行過程中有噪聲，機(jī)械電氣壽命受到限制。而固態(tài)斷路器的應(yīng)用能夠克服機(jī)械式斷路器的不足。固態(tài)斷路器是柔性交流輸電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)快速、靈活、準(zhǔn)確控制的關(guān)鍵設(shè)備，也是保障現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的重要設(shè)備。隨著配電網(wǎng)容量的日益增大，系統(tǒng)的短路容量也持續(xù)增加，這對開關(guān)設(shè)備的開斷能力提出了更高的要求。同

7、時(shí)，隨著用戶對供電質(zhì)量要求的不斷提高，如何快速切除短路電流以抑制故障期間電網(wǎng)電壓的跌落也非常重要?，F(xiàn)有的機(jī)械式斷路器因受其自身物理結(jié)構(gòu)的制約，其開斷容量很難有大幅度提高，并且動、靜觸頭分開時(shí)引起的電弧延長了故障電流切除時(shí)間，使之難以滿足一些電力用戶對故障電流開斷的速動性要求，因此如何限制、迅速開斷故障電流顯得日趨重要?；陔娏﹄娮悠骷墓虘B(tài)斷路器因其卓越的電流關(guān)斷性能使其自問世以來便引起廣泛的關(guān)注。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中, 計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用已相當(dāng)普遍, 但作為控制設(shè)備的高壓斷路器仍然是機(jī)械式的, 它具有動作速度慢、可靠性差、器件壽命短等弱點(diǎn), 而這些恰恰是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的關(guān)鍵所在?；诠虘B(tài)功率器件

8、的電子化控制可以彌補(bǔ)上述不足。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，美國馬爾文市大功率電力電子器件廠已經(jīng)制造出 15千伏、600安培的高壓固態(tài)斷路器樣機(jī)，可在 4毫秒內(nèi)完成開斷。西屋公司也研制出了 13千伏、675安培的高壓固態(tài)斷路器，并試用于某變電所; 英國也研制了 13千伏的配電用高壓固態(tài)斷路器。國外先進(jìn)國家對高壓固態(tài)斷路器的研發(fā)尚處在樣機(jī)和試用階段。上面的高壓固態(tài)斷路器的主要部件都采用幾個(gè)數(shù)千伏耐壓的可關(guān)斷晶閘管（GTO）串聯(lián)組成，短路開斷時(shí)間是毫秒級的。國外有關(guān)文獻(xiàn)提出，理想的高壓固態(tài)斷路器應(yīng)該具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、大大提高開關(guān)速度, 達(dá)到微秒級, 提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性;2、準(zhǔn)確控制開關(guān)時(shí)刻;3、動作壽命長, 不

9、受開關(guān)次數(shù)限制;4、能限制故障電流;5、無觸頭機(jī)構(gòu)和滅弧室, 減少故障率。展望使用本專利技術(shù)的高壓固態(tài)斷路器性能及特點(diǎn)對于本專利技術(shù)，高壓固態(tài)斷路器需要數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)交流二線式固態(tài)開關(guān)完成聯(lián)動，速度雖然要比上述的低壓固態(tài)斷路器慢很多，但短路時(shí)的開斷時(shí)間完全能夠達(dá)到數(shù)十微秒，定能限制故障電流，而短路分?jǐn)嗄芰﹄m然不能達(dá)到無限大，但短路分?jǐn)嗄芰κ穷~定電流的數(shù)十至數(shù)百倍是能夠做到的。并且，允許短路次數(shù)實(shí)際上不會受到限制。基本上能夠滿足上面提到的理想高壓固態(tài)斷路器的條件。此外，這種高壓斷路器還有如下特點(diǎn)：1、由于在交流二線式固態(tài)開關(guān)內(nèi)部是使用幾百伏耐壓的功率場效應(yīng)晶體管，因而不需要幾千伏耐壓的高壓晶體管。2、由于這種高壓固態(tài)斷路器內(nèi)部有幾千個(gè)功率場效