高压直流断路器已成为建立与发展多端直流电网的关键技术。因而针对混合式直流断路器通态损耗大、成本高及传统机械式直流断路器设备电压等级高、开断可靠性低等固有缺陷,提出了一种基于耦合电抗器的新型机械式直流断路器结构方案,详细分析了其工作原理。基于南澳160 k V柔性直流输电系统搭建了PSCAD仿真模型,进行了不同电流下的开断仿真,并对比传统机械式直流断路器仿真结果,分析了其开断可靠性高、关键设备电压等级低等技术特点及优势。设计了20 k V试验样机模块,通过了1.8~2.3 k A小电流开断试验,验证了耦合型机械式高压直流断路器的开断原理。直流断路器设计-数控滚圆机滚弧机折弯机张家港钢管滚圆机滚弧机折弯机仿真及试验结果证明:耦合型机械式直流开断方案可在保证双向开断可靠性的基础上降低触发开关及预充电设备电压等级,实现了可靠性与经济性的统一。 同时将多重火花间隙替换为晶闸管反并联二极管，在保证高电压等级时断路器正反向故障电流及额定电流开断可靠性的基础上降低触发开关电压等级。对比混合式直流断路器，以开断能力10kA为例，对于额定电压40kV直流断路器，耦合型成本约120万元，混合式成本约300万元；对于额定电压160kV直流断路器直流断路器设计-数控滚圆机滚弧机折弯机张家港钢管滚圆机滚弧机折弯机，耦合型成本约600万元，混合式成本约1600~2000万元。由此，所设计的方案可实现开断可靠性与经济性的统一。1

转载 拓扑结构及工作原理1.1拓扑结构本文提出的高压直流断路器拓扑结构见图1。拓扑分成高压侧和低压侧，其中高压侧由主通流支路（机械开关CB）、换流支路（L2、C2）和吸路MOV构成，低压侧由预充电电容C1、耦合电抗器原边L1和触发开关模块（晶闸管SCR反并联二极管D）构成。1.2工作原理1）直流系统正常运行时，机械开关处于合闸状态，系统电流通过主通流支路，见图2。图1耦合型型机械式直流断路器拓扑）9kA正向故障电流开断图8为开断9kA正向故障电流时的电压及电流波形图。其中，直流断路器中预充电电容充电电压均选为50kV，换流频率均选为2000Hz。耦合型机械式直流断路器预充电电容C1选取为135μF，换流电容C2选为10μF；传统机械式直流断路器电容C选取为16μF。图8(a)为耦合型机械式拓扑开断结果，其中iCB为机械开关电流，iC2为换流支路电流，iMOV为吸能支路电流；UCB为机械开关电压，UC2为换流电容电图7传统机械式直流断路器拓扑Fr图89kA正向开断仿真波形压，UC1为预充电电容电压，USCR为晶闸管电压，UL1为耦合电抗器原边（低压侧）电压，UL2为耦合电抗器副边（高压侧）电压，UL1L2为耦合电抗器原副边之间电压。图8(b)为传统机械式拓扑开断结果，其中iC为换流回路电流，UC为预充电电容电压，UL为换流电感电压，UK为多重火花间隙耐压。由图8(a)可知，0.108ms时触发开关导通，换流回路产生高频振荡电流iC2，同时触发开关电压USCR变为0，使得机械开关电流iCB迅速下降。iCB下降至0时，机械开关开始承担恢复电压，其电压幅值为换流电容电压UC2与耦合电抗器高压侧电压UL2之直流断路器设计-数控滚圆机滚弧机折弯机张家港钢管滚圆机滚弧机折弯机 转载