3.1 常规分断
令直流系统于1s处发生直流侧短路故障,高压直流断路器接收分断信号后进行常规分断,则分断过程中故障电流、开关电压以及4组避雷器吸收总能量如图3所示,其中,Imec为机械支路电流,Imain为主支路与能量吸收支路电流之和,Ifau为动作电流参考值,Umec为机械开关耐压水平,Ub为直流断路器两端电压。因此,直流侧电流为Imec与Imain之和。
由图3(a)可知,短路故障后约0.7ms后机械支路电流转移至主支路,机械开关开始分断,其中,直流断路器故障判断及传感器延时为0.5ms,IGBT关断及电流转移时间为0.2ms,2ms之后机械开关分断达到耐压要求,主支路IGBT关断,电流转移至能量吸收回路,电流逐渐降为0,完成分断。
表1直流断路器及系统参数
由图3(b)可知,电流转移至主支路后,由于主支路IGBT电阻变大以及电流上升,直流断路器两端电压随之逐渐增大,在主支路IGBT完全关断之后,避雷器投入迅速形成反电势,直流断路器两端电压约达到350kV并缓慢下降,在避雷器将系统中电抗器等储能装置释放的能量吸收之后,直流断路器两端电压迅速下降并嵌位于200kV左右。
由图3(c)可知,4组避雷器吸收能量之和约为9097kJ。
直流断路器两端电压由机械支路中FSM与IGBT共同承受,FSM最初分断时,直流断路器两端电压主要由机械支路IGBT承受;其后,电压主要施加于FSM两端。从图3中可知,直流断路器两端电压在FSM耐压水平内,该过程中故障电流峰值约为12.42kA。
3.2避雷器分步投入分断
图3常规分断
从系统参数可知,FSM在2ms需要达到的耐压水平为350kV。由于主支路具有导通电阻,直流断路器两端在投入第1组避雷器前具有初始电压。根据式(14),分别在FSM开始分断之后的0.79、1.24、1.64、2ms时投入1组、2组、3组和4组避雷器。则分断过程中直流电流、直流断路器两端电压以及4组避雷器吸收总能量如图4所示。
