【摘 要】
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我国是地铁大国,地铁项目的存量和增速都处于国际领先水平,但是地铁装备的国产化水平较低。直流断路器在地铁直流牵引供电系统的保护中起着关键作用,现在采用的产品依赖进口,且不能无弧关断,容易发生触头烧蚀导致断路器寿命降低。本文分析了当前主流的直流断路器技术路线,结合机械式和全固态两者优点的混合式方案是当前的研究热点。分析对比了强制换流方案和自然换流方案,对于地铁牵引供电系统1500V的电压等级,基于自然
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我国是地铁大国,地铁项目的存量和增速都处于国际领先水平,但是地铁装备的国产化水平较低。直流断路器在地铁直流牵引供电系统的保护中起着关键作用,现在采用的产品依赖进口,且不能无弧关断,容易发生触头烧蚀导致断路器寿命降低。本文分析了当前主流的直流断路器技术路线,结合机械式和全固态两者优点的混合式方案是当前的研究热点。分析对比了强制换流方案和自然换流方案,对于地铁牵引供电系统1500V的电压等级,基于自然换流的混合式方案适合地铁用直流断路器。介绍了自然换流型混合直流断路器的拓扑结构、工作原理,研究影响断路器动作速度的因素,主要包括机械开关动作速度、电弧电压、固态开关导通压降和杂散电感等因素。对自然换流型直流断路器进行了拓扑改进。综合考虑设备的经济型、速动性和可靠性,进行自然换流型混合直流断路器方案设计。机械开关采用基于电磁斥力的高速真空开关,固态开关采用IGCT器件,并采用RCD缓冲电路和MOV限压吸能装置。IGCT相比其他电力电子器件,具有导通压降低、关断容量大和抗干扰能力强等优点,适合作为固态开关。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,其中机械开关采用Mayr电弧模型代替,IGCT采用功能型模型实现。进行仿真验证,仿真结果表明:改进型自然换流型混合直流断路器的换流速度快,可以在2.7ms内完成故障电流的开断。
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