基於智慧型模組技術的高壓直流短路開斷相關理論研究

《基於智慧型模組技術的高壓直流短路開斷相關理論研究》是依託大連理工大學,由鄒積岩擔任醒目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：基於智慧型模組技術的高壓直流短路開斷相關理論研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：鄒積岩

項目摘要

作為智慧型電網的重要組成部分，高壓直流輸電以交流系統不可替代的優點，在遠距離大容量輸電、風電與光伏發電集電網等方面得到廣泛套用。但到目前為止，擔負著控制和保護雙重任務的核心組件--高壓直流斷路器仍屬於技術瓶頸。保護斷路器的缺失，使高壓直流只能點對點輸電，難以大規模互聯組網，解決高壓直流短路開斷問題對智慧型電網來說意義重大。本項目首先分析與選擇高壓直流短路開斷的整體方案及開關介質，提出基於快速機構與聯動關合的換流開斷技術，重點研究換流開斷涉及的中頻真空電弧的關鍵基礎科學問題--零區現象，並對開斷過程進行機電磁聯合分析。提出基於直流智慧型模組技術串聯開斷高壓直流系統，研究串聯後的模組同步與冗餘，以及串聯模組的動態介質恢復。高壓直流短路開斷的理論基礎是極端條件下的電弧能量轉移與電磁熱機耦合問題，涉及電漿物理、電磁場、磁流體力學、機構動力學等學科，通過關鍵基礎科學問題的研究，為解決技術瓶頸掃除障礙。

結題摘要

高壓直流短路開斷的相關理論與套用研究對智慧型電網的安全、可靠與穩定運行意義重大。本項目首先論證了換流開斷高壓直流故障的整體方案及開關介質的選擇，重點研究了換流開斷涉及的中頻真空電弧的關鍵科學問題，並對開斷過程進行了機電磁聯合分析。針對高壓直流系統提出主迴路可靠與快速開斷的技術需求，研究了換流迴路聯動關合的真空開關模組拓撲方案、基於智慧型模組串聯高壓直流故障開斷機理、多模組串聯高壓化同步機理與冗餘設計方法，以及串聯模組動態介質恢復機理。 理論研究方面，首先給出換流參數的選擇，提出以開斷性能、換流迴路成本和鞘層發展時間最短為最佳化目標最佳化換流參數設計方法，並給出換流頻率的推薦值。建立零區電路巨觀模型和電弧電漿連續過渡模型，研究了換流迴路參數與電弧特性參數的時空影響機理，以描述和控制電弧的零區動力學演化行為。根據零區參數分析，研究各支路中的電流動態變化及其對弧後介質恢復的影響機理，確定安全開距和最佳開斷時刻。通過高壓直流開斷的電磁場分析，給出高壓直流串聯開斷的同步參數與TRV描述。 套用研究方面，為實現直流開斷真空滅弧室專用設計，分析了開關觸頭結構及其電磁場時空綜合效應，研究了橫磁和縱磁對電弧特性的影響機理，提出嵌合型複合磁場觸頭結構。研製了15kV/10kA直流真空斷路器模組，同一機構操動三個真空滅弧室，聯合執行主迴路開斷、換流迴路投入與充電隔離的功能。設計了基於直流智慧型模組串聯技術的110kV高壓直流斷路器實施方案，並研製出用於該斷路器的基礎開斷模組，模組可實現在4ms內開斷60kV/16kA故障電流的能力。提出並實施了直流開斷合成試驗迴路方案，研究其等價機理，試驗參數達到60kV/20kA，可作為110kV以上高壓直流斷路器的基礎模組試驗條件。