直流高压开关(直流高压开关电器常用的灭弧方法

1. 直流高压开关电器常用的灭弧方法

一、特高压直流输电技术的优点

1.经济方面：

（1）线路造价低。对于架空输电线，交流用三根导线，而直流一般用两 根，采用大地或海水作回路时只要一根， 能节省大量的线路建设费用。 对于电缆， 由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度， 如通常的油浸纸电缆， 直流的允许工 作电压约为交流的 3 倍，直流电缆的投资少得多。

（2）年电能损失小。直流架空输电线只用两根，导线电阻损耗比交流输 电小；没有感抗和容抗的无功损耗； 没有集肤效应， 导线的截面利用充分。 另外， 直流架空线路的 “空间电荷效应 ”使其电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小。

所以，直流架空输电线路在线路建设初投资和年运行费用上均较交流经济。

2. 技术方面：

（1）不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联。由此可见，在一 定输电电压下， 交流输电容许输送功率和距离受到网络结构和参数的限制， 还须 采取提高稳定性的措施， 增加了费用。 而用直流输电系统连接两个交流系统， 由 于直流线路没有电抗， 不存在上述稳定问题。 因此， 直流输电的输送容量和距离 不受同步运行稳定性的限制，还可连接两个不同频率的系统，实现非同期联网，提高系统的稳定性。

（2）限制短路电流。 如用交流输电线连接两个交流系统， 短路容量增大， 甚至需要更换断路器或增设限流装置。然而用直流输电线路连接两个交流系统， 直流系统的 “定电流控制 '，将快速把短路电流限制在额定功率附近，短路容量不 因互联而增大。

（3）调节快速，运行可靠。直流输电通过可控硅换流器能快速调整有功 功率，实现 “潮流翻转 ”（功率流动方向的改变），在正常时能保证稳定输出，在 事故情况下， 可实现健全系统对故障系统的紧急支援， 也能实现振荡阻尼和次同 步振荡的抑制。 在交直流线路并列运行时， 如果交流线路发生短路， 可短暂增大 直流输送功率以减少发电机转子加速，提高系统的可靠性。

(4)没有电容充电电流。直流线路稳态时无电容电流，沿线电压分布平稳，无空、轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的现象， 也不需要并联电抗补偿。

(5)节省线路走廊。按同电压500 kV考虑，一条直流输电线路的走廊〜40 m，一条交流线路走廊〜50 m，而前者输送容量约为后者2倍，即直流传输 效率约为交流 2 倍。

二、直流输电技术的不足：

(1)换流装置较昂贵。这是限制直流输电应用的最主要原因。在输送相 同容量时，直流线路单位长度的造价比交流低 ;而直流输电两端换流设备造价比 交流变电站贵很多。这就引起了所谓的 “等价距离 ”问题。

( 2)消耗无功功率多。一般每端换流站消耗无功功率约为输送功率的 40％〜60％,需要无功补偿。

(3)产生谐波影响。 换流器在交流和直流侧都产生谐波电压和谐波电流，使电容器和发电机过热、换流器的控制不稳定，对通信系统产生干扰。

( 4)就技术和设备而言，直流波形无过零点，灭弧困难。目前缺乏直流 开关而是通过闭锁换流器的控制脉冲信号实现开关功能。若多条直流线路汇集一个地区，一次故障也可能造成多个逆变站闭锁， 而且在多端供电方式中无法单独 地切断事故线路而需切断全部线路，从而会对系统造成重大冲击。

(5)从运行维护来说，直流线路积污速度快、污闪电压低，污秽问题较 交流线路更为严重。 与西方发达国家相比，目前我国大气环境相对较差， 这使直 流线路的清扫及防污闪更为困难。 设备故障及污秽严重等原因使直流线路的污闪 率明显高于交流线路。

(6)不能用变压器来改变电压等级。直流输电主要用于长距离大容量输 电、交流系统之间异步互联和海底电缆送电等。与直流输电比较，现有的交流500kV 输电（经济输送容量为1000 kW, 输送距离为 300~500 km ）已不能满足 需要，只有提高电压等级，采用特高压输电方式，才能获得较高的经济效益。

2. 高压负荷开关灭弧方式

从传统的角度来讲，负荷开关与断路器是有很大区别的。负荷开关主要用于开断和关合负荷电流，负荷开关可以和高压熔断器联用使用，来替代高价的断路器，切断故障电流，也就是短路电流，这样，也就决定了负荷开关的灭弧功能相对较弱，降低了制造成本；也正是因为传统是负荷开关不用来切断故障电流，就没有必要和保护装置及自动装置连接，因而大多数负荷开关是手动操作，不能电动操作。

而断路器在设计时，就考虑到不但要能开断和关合负荷电流，还要能够切断故障后的短路电流，就必须和保护装置及自动装置连接，因而具备手动和电动的合、分闸功能。

3. 直流高压开关电器常用的灭弧方法是

1、拉长电弧：电弧拉长以后，电弧电压将会增大，从而改变电弧的伏安特性。在直流电弧中，其静伏安特性上移，电弧可以熄灭；在交流电弧中，由于燃弧电压的提高，电弧重燃困难。

2、灭弧罩：灭弧罩是让电弧与固体介质相接触以降低电弧温度，从而加速电弧熄灭的比较常用的装置。灭弧罩的结构形式多种多样，但其基本构成单元为“缝”。

3、油冷灭弧装置：油冷灭弧是将电弧置于液体介质（一般为变压器油）中，电弧将油气化、分解而形成油气。油气中主要成分是氢，在油中以气泡的形式包围电弧。

4、气吹灭弧装置：气吹灭弧是利用压缩空气来熄灭电弧的。压缩空气作用于电弧，可以很好地冷却电弧、提高电弧区的压力、很快带走残余的游离气体，所以有较高的灭弧性能。

5、横向金属栅片灭弧：横向金属栅片又称去离子栅，它利用的是短弧灭弧原理。它使用磁性材料的金属片置于电弧中，将电弧分成若干短弧，利用交流电弧的近阴极效应和直流电弧的近极压降来达到熄灭电弧的目的。

6、真空灭弧装置：真空灭弧是使触头电弧的产生和熄灭在真空中进行，它是依据零点熄弧原理，以真空为熄弧介质工作的。

7、采用多断口：高压断路器常制成每相有两个或多个串联的断口，使加于每个断口的电压降低，电弧易于熄灭。

8、断路器断口加装并联电阻：在高压大容量断路器中，广泛利用弧隙并联电阻来改善它们的工作条件。断路器每相假如有两对触头，一对为主触头，另一对为辅助触头，电阻并联在主触头上。当断路器在合闸位置时，主、辅触头都闭合。

9、采用新介质：利用灭弧性能优越的新介质，例如S六氟化硫断路器等。

4. 低压开关电器常用的灭弧方法

低压断路器的保护功能：短路保护，过载保护，失欠电压保护。 低压断路器旧称自动开关或空开。它除具有全负荷分断能力外，还具有短路保护、过载保护和失欠电压保护等功能，并且具有很好的灭弧能力。常用作配电箱中的总开关或分路开关。低压断路器不宜频繁操作，适宜作照明配电箱内或其他各种不频繁操作的控制设备。

5. 直流高压开关电器常用的灭弧方法有哪些

弧隙间的电弧能否重燃，取决于电流过零时，介质强度恢复和弧隙电压恢复两者竞争的结果。如果加强弧隙的去游离或减小弧隙电压的恢复速度，就可以促使电弧熄灭。

　　一、气体或液体吹弧

　　利用气体或油熄灭电弧即能加强对流散热，强烈冷却弧隙，又可取代部分原弧隙间已游离的气体或高温气体。电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭。气体或油吹动的方式有纵吹和横吹两种，纵吹使电弧冷却变细，然后熄灭;横吹是把电弧拉长切断而熄灭。不少断路器采用纵横混合吹弧方式，以便取得更好灭弧效果。

　　断路器断口加装并联电阻。在高压大容量断路器中，广泛利用弧隙并联电阻来改善它们的工作条件。断路器每相假如有两对触头，一对为主触头，另一对为辅助触头，电阻并联在主触头上。当断路器在合闸位置时，主、辅触头都闭合。当断开电路时，主触头先断开，这时并联在主触头断口上的电阻在主触头断开过程中起分流作用，有利于主触头断口灭弧。主触头的电弧熄灭后，并联电阻串联在电路中，有效地降低触头上的恢复电压数值及电压恢复速度。另外，并联电阻对切断小电感电流或电容电流时，可限制过电压产生。

6. 高压开关电器中常用的灭弧方法

1、拉长电弧 电弧拉长以后，电弧电压将会增大，从而改变电弧的伏安特性。在直流电弧中，其静伏安特性上移，电弧可以熄灭；在交流电弧中，由于燃弧电压的提高，电弧重燃困难。

2、灭弧罩 灭弧罩是让电弧与固体介质相接触以降低电弧温度，从而加速电弧熄灭的比较常用的装置。灭弧罩的结构形式多种多样，但其基本构成单元为“缝”。

3、油冷灭弧装置 油冷灭弧是将电弧置于液体介质（一般为变压器油）中，电弧将油气化、分解而形成油气。油气中主要成分是氢，在油中以气泡的形式包围电弧。

4、气吹灭弧装置 气吹灭弧是利用压缩空气来熄灭电弧的。压缩空气作用于电弧，可以很好地冷却电弧、提高电弧区的压力、很快带走残余的游离气体，所以有较高的灭弧性能。

5、横向金属栅片灭弧 横向金属栅片又称去离子栅，它利用的是短弧灭弧原理。它使用磁性材料的金属片置于电弧中，将电弧分成若干短弧，利用交流电弧的近阴极效应和直流电弧的近极压降来达到熄灭电弧的目的。

6、真空灭弧装置 真空灭弧是使触头电弧的产生和熄灭在真空中进行，它是依据零点熄弧原理，以真空为熄弧介质工作的。

7、采用多断口 高压断路器常制成每相有两个或多个串联的断口，使加于每个断口的电压降低，电弧易于熄灭。

8、断路器断口加装并联电阻 在高压大容量断路器中，广泛利用弧隙并联电阻来改善它们的工作条件。断路器每相假如有两对触头，一对为主触头，另一对为辅助触头，电阻并联在主触头上。当断路器在合闸位置时，主、辅触头都闭合。

9、采用新介质 利用灭弧性能优越的新介质，例如S六氟化硫断路器等。

7. 直流开关灭弧原理

交流空开，除灭弧罩外，利用交流电过零灭弧。

直流电没有过零点，常采用“磁吹”的方法让电弧在磁场的作用下，迅速拉断。

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