高压固态断路器介绍

1、二线单元联动型高压固态断路器介绍二线单元联动型高压固态断路器是一项新颖的专利技术，是在已经产业化的低压固态断路器基础上拓展的一种技术。所谓二线单元是特指交流二线式固态开关。一个具有短路保护的交流二线式固态开关就成为用于低压单相电路的单极固态断路器; 三个具有短路保护的交流二线式固态开关的三相联动就组成用于低压三相电路的三相固态断路器; 数十个至数百个具有短路保护的交流二线式固态开关的串联联动及三相联动就组成用于高压三相电路的高压三相固态断路器。现介绍如下：普通断路器和固态断路器的区别普通断路器依靠二个活动金属触点的接触或不接触来实现负载通断及短路时的分断，所以是一种机械装置。固态断路器是一种电

2、子电路，不是依靠机械装置的运动来完成负载的通断，而是依靠改变半导体的导电性能来实现对负载的接通与断开及故障电流的分断。半导体经过处理成为晶体管（半导体管），它的导电性能变成可控的，即能成为接近导体（电阻很小）或接近绝缘体（电阻很大）的导电状态。例如，以220伏20安单极固态断路器产品来说明，单极固态断路器的通态电阻是0.02欧左右，断态电阻是220千欧左右。普通断路器的断开过程是一种机械运动，并有电弧产生。负载短路时，开断时间需要几十亳秒，短路电流大，短路造成的损害大。固态断路器的断开是依靠半导体内部的载流子的运动来实现的，速度快，无电弧产生。对于性能优秀的固态断路器，短路时的开断时间应该是微

3、秒级的，短路产生的故障电流小，短路不造成损害或造成的损害小。由交流二线式固态开关组成的低压固态断路器本专利技术中，低压单极固态断路器实际上是一个只有二个对外连接端子的交流二线式固态开关，由大功率晶体管组件、控制板和电流互感器等三部分组成，控制板内部有变换电路、控制电路和断态供电电路等。内部电路框图如下。 低压三相固态断路器由三个交流二线式固态开关及多个光电耦合器组成。内部电路框图路如下。图中，接B相的交流二线式固态开关为主控单元，接A相和C相的交流二线式固态开关为二个受控单元，主控单元和受控单元依靠四个光电耦合器相互传输通断信号，达到三个单元的通断联动。作为三相固态断路器的产品，无需辅助电源，

4、只有六个对外的接线端子，三个端子接三相电源，另三个端子接三相负载，这在目前世界上是绝无仅有的产品。由于我们采用速度最快、安全工作区最优秀的功率场效应晶体管组成大功率晶体管组件，用以承载负载电流和故障电流，再加上二线形式的固有优点，使低压固态断路器的质量成为无与伦比的国际领先水平。以220伏20安单极固态断路器产品为例，短路时的开断时间是微秒内的（仅数百纳秒），比传统断路器快几万倍至几十万倍，在由短路产生的电流远未达到短路电流时就切断电路了，而且，截流值（短路发生后，达到多少数值的电流时切断电路）可以根据需要整定的，因而，大大减少了短路时所释放的能量(释放的能量减小至少4000倍，同时大大减小了

5、短路处产生的电火花。因此，允许千万次短路次数，允许使用短路方式来关断电路。由于这种固态断路器的分断时间非常快和截流值是可以整定的，所以，固态断路器的短路分断能力实际上是无限大，也就是说，固态断路器处理短路故障的能力不会由于主电源的容量增大和输电线长度减小而受到影响。国外先进国家高压固态断路器的研发动态为了实现能源的变革，需要对电网进行升级，我们的电网迫切需要升级改造。另一方面，随着国民经济的发展，当今社会对电力系统及输电技术提出了更高的要求，如何进一步提高电网的稳定性、向用户提供高质量电能成为电力行业的发展方向。断路器作为输电线路中一个重要的环节，其性能直接影响着电网的正常运行。在目前的输电系

6、统中大量采用机械式断路器，尽管它有导通稳定、带负载能力强等优点，但随着用户对电力质量要求的提高，它的缺点也越来越突出。因不能实时、灵活、连续和快速的动作，易使事故扩大，破坏系统稳定性; 在断开负载时往往有电弧产生，触头易烧损，开断时间长，难以满足一些电力用户对故障电流的速动性要求，在运行过程中有噪声，机械电气寿命受到限制。而固态断路器的应用能够克服机械式断路器的不足。固态断路器是柔性交流输电系统中实现对电力系统参数和网络结构快速、灵活、准确控制的关键设备，也是保障现代电力系统安全、可靠运行的重要设备。随着配电网容量的日益增大，系统的短路容量也持续增加，这对开关设备的开断能力提出了更高的要求。同

7、时，随着用户对供电质量要求的不断提高，如何快速切除短路电流以抑制故障期间电网电压的跌落也非常重要。现有的机械式断路器因受其自身物理结构的制约，其开断容量很难有大幅度提高，并且动、静触头分开时引起的电弧延长了故障电流切除时间，使之难以满足一些电力用户对故障电流开断的速动性要求，因此如何限制、迅速开断故障电流显得日趋重要。基于电力电子器件的固态断路器因其卓越的电流关断性能使其自问世以来便引起广泛的关注。在现代电力系统中, 计算机技术的应用已相当普遍, 但作为控制设备的高压断路器仍然是机械式的, 它具有动作速度慢、可靠性差、器件寿命短等弱点, 而这些恰恰是电力系统稳定控制的关键所在。基于固态功率器件

8、的电子化控制可以弥补上述不足。据有关文献报道，美国马尔文市大功率电力电子器件厂已经制造出 15千伏、600安培的高压固态断路器样机，可在 4毫秒内完成开断。西屋公司也研制出了 13千伏、675安培的高压固态断路器，并试用于某变电所; 英国也研制了 13千伏的配电用高压固态断路器。国外先进国家对高压固态断路器的研发尚处在样机和试用阶段。上面的高压固态断路器的主要部件都采用几个数千伏耐压的可关断晶闸管（GTO）串联组成，短路开断时间是毫秒级的。国外有关文献提出，理想的高压固态断路器应该具有以下优点：1、大大提高开关速度, 达到微秒级, 提高了系统的稳定性;2、准确控制开关时刻;3、动作寿命长, 不

9、受开关次数限制;4、能限制故障电流;5、无触头机构和灭弧室, 减少故障率。展望使用本专利技术的高压固态断路器性能及特点对于本专利技术，高压固态断路器需要数十个至数百个交流二线式固态开关完成联动，速度虽然要比上述的低压固态断路器慢很多，但短路时的开断时间完全能够达到数十微秒，定能限制故障电流，而短路分断能力虽然不能达到无限大，但短路分断能力是额定电流的数十至数百倍是能够做到的。并且，允许短路次数实际上不会受到限制。基本上能够满足上面提到的理想高压固态断路器的条件。此外，这种高压断路器还有如下特点：1、由于在交流二线式固态开关内部是使用几百伏耐压的功率场效应晶体管，因而不需要几千伏耐压的高压晶体管。2、由于这种高压固态断路器内部有几千个功率场效