新型多端口直流断路器在直流电网保护中的应用探讨

新型多端口直流断路器在直流电网保护中的应用探讨

邱毅楠

(南方电网公司超高压输电公司大理局)

摘要：在直流电网中，一旦发生故障，则会对电路造成较大的损害。在实际应用中，常应用直流断路器保护电路，然而直流断路器成本较高，不利于推广。通过应用新型多端口直流短路器保护直流电网，可实现故障线路的选择性切断，并可通过转移支路减小避雷器发挥作用时吸收的能量值，并且通过MP-DCCD的应用可降低断路器的投资成本，实际应用价值较高。

关键词：新型多端口直流断路器；直流电网；电路保护

随着智能电网的发展，直流电网技术的应用将日渐受到社会关注。通过高压大容量的直流电网技术可有效推动全球能源互联网的发展，提升我国供电质量。在此过程中，直流电网运行故障作为电路管理中必须要面对的客观事实，技术人员应当加强对直流电网的研究。对于直流电网运行过程中，直流断路器的应用可有效降低直流电网运行风险，并及时切除故障，减小故障范围。对此，本文将简要分析常规直流断路器在直流电网保护应用中的不足，并分析新型多端口直流断路器中的关键技术，继而探讨新型多端口直流断路在直流电网保护中的应用。

1常规直流断路器在直流电网保护应用中的不足

1.1投资成本过高

常规直流断路器价格相对较高，在一定程度上增加了直流电网的投资成本。据市场调查，小型断路器约为62元每个，而功能较为齐全的断路器，每个价格高达20000元，而真空断路器价格在4000块左右，相对于其他电子元件，其价格相对价格，不利用直流断路器的普及与推广。从经济可行性分析，常规直流断器应用价值与其经济投资是不对等的。

1.2通态损耗过高

一般直流断路器在电路正常运行中仍消耗着电能损耗，不利于资源合理利用，造成电器冗余。随着科技发展，直流电网技术应用范围将会更广，如果大规模的使用直流断路器，则会造成大量不必要的能量损失。因此，常规直流断路器在能耗管理这方面存在的不足在一定程度上阻碍了其自身的发展。

1.3综合性能不强

目前市场中，不同的直流断路器在应用中有各自的优势，同样也有各自的不足。在电子元件市场中，常见的直流断路器包括固态断路器、机械式断路器及混合式断路器，但在应用中仍存在一些问题。例如固态断路器损耗高，机械式断路器损耗虽低，但分断速度过低，而混合时断路器虽在固态断路器与机械式断路器的基础上进行了应用优化，但其投资成本过高[1]。由此可看出，目前市场中所包含的直流断路器综合性能不高，电路保护效果及经济可行性缺乏保障。

2新型多端口直流断路器系统概述

新型多端口直流断路器在原有基础上进行了改善，针对常规直流断路器使用中的不足在结构上进行了优化，可更为有效的保障电路安全，并优化电网能源结构。

新型多端口直流断路器在应用过程中，对直流电网进行了深入研究，直流电网应用模块化多电平换流器可降低损耗，并可提高电路的可控性。模块化多电平换流器最初由R.Marquard教授研发，其可通过设计不同结构的子模块实现不同的功能，在柔性直流输电系统中应用较多。我国对于模块化电平换流器也做了相关研究，如在建的张北直流电网，其选用半桥子模块多电平换流器，并应用架空线方案，具有较好的发展前景。因此，新型多端口直流断路器充分发挥时代优势，在设计时提出分散装配式直流开关场拓扑，不仅可降低直流断路器的运行成本，也可提升与直流电路的配合度。

在此基础上，新型多端口直流断路器在原有多端口直流断路器基础上进行优化，其采用新型MP-DCCB拓扑，新型MP-DCCB拓扑建立在MP-DCCB（multi-portDCcircuitbreaker，多端口直流断路器）基础上，其原理为以晶闸管作为控制单元，简化开关线路，并使让一个主断路器管理多条线路。并且晶闸管通流能力大，在电路正常运行时，电流并不经过晶闸管，因此，可有效弥补常规断路器通态损耗的不足。在进行设计时，在线路与主断路器之间的每个端口上设计一个桥臂，并以晶闸管为桥臂的控制单元，并为了进一步优化断路器能源结构，其增加了ETP元件，可降低避雷器的耗能容量，提升了断路器的应用性能。

3新型多端口直流断路器在直流电网保护中的应用

3.1快速切断电流，保证电网运行安全

新型多端口直流断路器在工作时可用一个主断路器控制多个线路，在此基础上，当同一端口断路器所保护的线路出现故障时，主断路器模块便会启动，短路电流便会从故障线路转移至主断路器，达到切断电路的目的。一般来说，当电流切断后，只需要150~300ms的去游离时间，结束后，断路器进行重合闸，恢复初始状态[2]。相对于其他类型的直流断路器，新型断路器可较为快速的切断电流，在感应上也相对灵敏，从而可更好的保护直流电网的运行安全。

3.2降低直流电网保护成本

新型多端口直流断路器综合性能较强，可避免电器冗余，在原有基础上降低了能耗，从而可有效降低直流电网保护成本。并且，新型多端口直流断路器基于分布式能量原理，在一定程度上降低了避雷器耗能需求，从能源角度上来看，新型多端口直流断路器更为节能。此外，相对于常规断路器，多端口直流断路器可减少IGBT的数量，也在一定程度上降低了断路器的投资成本。例如，当同时保护两线路时，在常规断路器所需的IGBT的数量基础上，新型多端口直流断路器至少可以节约74%左右的IGBT数[3]。

3.3可延长断路器使用寿命

新型多端口直流断路在原有结构上进行了优化，在一定程度上降低了断路器的使用频率，其通过通流能力大的晶闸管控制电路，在电路处于正常状态时，电流便不通过晶闸管，缓解了断路器的工作压力，在保证断路器切断电流可靠性的前提下，可延长断路器的使用寿命。并且在清除故障时，新型多端口直流断路器可为直流电网换流站的工作提供保障，可为断路器提供一个良好的工作环境，也可起到保护断路器的作用。

结语

新型多端口直流断路器的应用可有效保证直流电网的运行安全，并降低直流电网的运行成本。新型多端口直流断路器在原有直流断路器基础上进行了结构优化。常规直流断路器在应用过程在分断速度及能量利用上皆体现出了较为明显的优势，在保护多条线路时，新型多端口直流断路器可更为可靠的切断电流，从而可更好的保护直流电网的安全。

参考文献:

[1]宋冰倩,赵西贝,赵成勇,许建中.新型多端口直流断路器及其在直流电网保护中的应用[J/OL].电力系统自动化:1-8[2019-10-15].

[2]李斌,马久欣,温伟杰,刘海金,陈争光,王一振.适用于中压直流配电网的新型多端口机械式直流断路器[J].高电压技术,2019,45(08):2385-2392.

[3]郭江荣.新型IGBT驱动策略在船用直流电网短路保护中的应用[J].中国航海,2017,40(04):21-24.