配电系统固态断路器与限流器技术解析

通、断电路和通、断负载供电电源的开关器件是配电系统中最重要的电力设备。

电力系统中电力线路的通、断控制目前国内外大都仍采用具有机械式断口的接触器和断路器。这些带触头断口的机械开关在运行中存在以下问题：①触头开断短路电路时巨大的电弧不仅有损触头，维修工作量大，且故障率高，触头很容易熔焊。在矿山、化工等存在易燃、易爆气体的场合使用极不安全，只能装入防爆壳内，但也未能杜绝事故的根源。②传统的机械断路器依靠触头分离断开电路不可能实现快速断路（断路时间一般在几个周波，20～80ms以上），同时机械断路器的制造水平难以提高，其断路器容量（额定电压与断路电流对应的功率）也难于满足电力系统短路电流不断增大的要求。此外机械式断路器触头断开后又难以实现快速重合闸要求，在电力系统容量不断扩大又难以选择断路容量足够的机械断路器的情况下，有时不得不通过加装限流电抗器或放弃采用最佳主接线方式和最优运行方式，或采用降低线路正常传输功率能力和牺牲某些运行指标来确保机械断路器能可靠地断开故障电路。

基于电力半导体开关器件和开关电路的固态断路器、限流器，相对于传统的机械断路器其优点是：通、断电路快捷且较容易实现，易于同时实现限流、断路和快速重化闸，维修工作量小，无电弧危害，寿命长。因此研制高压、大功率固态限流器、断路器，限制短路电流，减少电压下降幅度，快速切断故障电路，缩短事故时间，在确保电力系统动态稳定运行的前提下可显著提高正常工作时的传输功率。由于目前电力电子器件额定电压仍远低于主干输电系统运行电压，在高压系统中一时还不大可能应用固态断路器、限流器。近年来晶闸管和GTO的额定电流已达6000A，电压达6～8kV，IGBT也可达4.5kV以上，因此在配电系统中，电力电子开关用作固态断路器和限流器是现实的。此外，固态断路限流器取代传统机械式断路器用于某些电力电子补偿控制器的投入、切除或功能转换也具有重大意义（如晶闸管控制动电阻TCBR，晶闸管控制变压器分接头的通、断位置转换等）。(www.xing528.com)

半导体开关作为断路器应用最致命的弱点是导通时通态电压降都在2～3V，功耗大，此外其电流过载能力较低，一般晶闸管只允许工频半波6倍额定电流的过载，大容量IGBT的过载能力更低，通常在短路时允许承受5～6倍额定电流的过载时间仅为10_μm以内。