直流斷路器電弧研究的新進展

吳華

摘要：在目前我國電力推進、過遠距離高壓電運輸以及可再生能源分布式電網(wǎng)等諸多方面直流電力系統(tǒng)應用十分廣泛，如今城市建設速度不斷加快，軌道建設及高壓直流輸電等行業(yè)的發(fā)展面臨愈發(fā)嚴峻的挑戰(zhàn)，隨著建設與規(guī)劃的規(guī)模逐漸擴大，直流輸配電系統(tǒng)獲得了更多的關注，也因此進入了發(fā)展的興盛時期，電力行業(yè)對其系統(tǒng)構建、設備選擇的研究更加深入。直流斷路器是當前新興的研究熱點，傳統(tǒng)的直流斷路器需要即用即通，現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)換為氣壓連接和斷開方式。在各種高科技手段輔助下，電弧紅外分析儀、電弧格式轉(zhuǎn)換器以及電弧手機電影轉(zhuǎn)換器也逐漸進入大眾視野，這些技術和設備的應用使直流斷路電弧的開發(fā)研究速度愈發(fā)加快。

關鍵詞：直流斷路器;電弧;研究

前言：過去對于直流斷路器以開關電路為主進行工作，隨著研究力度的逐漸深入，其工作方式也更加完善，目前氣壓頂開開關的控制方法，能夠更好地完成工作任務。這種雷電電流在金屬焚燒工作中的應用效果非常理想，操作人員將金屬溶解后，將其噴涂在指定金屬上。經(jīng)過測試之后，相關人員還發(fā)現(xiàn)數(shù)學公式計算方法能夠更好的控制計算機范圍內(nèi)的應用技術，這對直流斷路器電弧發(fā)展來說具有重要意義。從單一的設計簡單電路轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械設計時現(xiàn)階段電路及電氣設備發(fā)展的新方向，主要體現(xiàn)在電弧噴涂裝飾的再制造與修復、增強防腐效果及焊縫跟蹤技術方面，通過計算機控制直流電路器不僅是目前研究工作的主要目標，還是提升其使用效率和穩(wěn)定性的有效途徑。

一、直流斷路器種類簡介

直流輸配電系統(tǒng)類型較多，各種類型之間在額定電壓和開斷電流等性能方面存在較大的差異，因此對于不同的直流斷路器，會采取不同的開斷方式，通過總結(jié)筆者根據(jù)熄弧原理及開斷方式將直流斷路器分為大致三種，這些方法的內(nèi)容存在較大差異。

（一）空氣直流斷路器

目前地鐵交通及船舶電力系統(tǒng)、冶金礦山等工業(yè)用電和太陽能發(fā)電網(wǎng)絡中中低壓直流電力系統(tǒng)應用較為廣泛，一般來說，其系統(tǒng)電壓范圍控制在幾百到幾千之間。通過提升電弧電壓對電流的壓迫實現(xiàn)開斷操作時空氣直流斷路器的基本工作原理，這種斷路器優(yōu)勢在于工作原理簡單、運行穩(wěn)定性強等諸多方面，因此在上述行業(yè)當中的應用較為普遍，其應用效果也十分理想。

（二）自激振蕩式直流斷路器

空氣直流斷路其雖然能在中低壓直流電力系統(tǒng)中發(fā)揮較大的作用，但是在特高壓電力系統(tǒng)中卻無法正常工作，所以在這種情況下，特高壓電力系統(tǒng)中通常會通過轉(zhuǎn)移電流的方式對高壓直流的開斷進行控制，自激振蕩式直流斷路器就是此類技術中較為典型的方法之一，例如金屬回路轉(zhuǎn)換開關就是應用自激振蕩形式進行工作的。

（三）混合式直流斷路器

在當前綠色環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展目標的影響下，各類可再生能源的開發(fā)和研究工作也獲得了更多的發(fā)展空間，包括沙漠太陽能發(fā)電、海上風電等在內(nèi)的可再生能源發(fā)展項目對直流短路器提出了特殊要求，因此多端輕型高壓直流輸電系統(tǒng)吸引了各界的目光。直流斷路器為多端輕型高壓直流輸電體系正常工作提供了必要的支持，為滿足該系統(tǒng)對直流斷路器的苛刻要求，必須要不斷提升直流斷路器的穩(wěn)定性和功能性，多端輕型高壓直流輸電體系所使用的直流斷路器必須具備電壓等級高、容量大、分辨能力強、判斷速度快等特征，在眾多類型的直流斷路器中只有混合式直流電路器能夠符合其運行標準，并且還能降低相關資源的損耗量。與此同時在電力儲存、電力推進以及托卡馬克受控核聚變等方面也可以采用混合式直流斷路器方式。

二、對直流斷路器電弧放電情況的分析

在電力系統(tǒng)中，電流線形衰減模型電流線性活動會受到直流斷路器電弧放電情況的影響，進而出現(xiàn)動態(tài)化的轉(zhuǎn)變，由于伏安本身具有一定的特性，所以會出現(xiàn)電弧放電情況，這種非爆炸性的電弧放電現(xiàn)象雖然在生活中出現(xiàn)的頻率不高，但是在正常的教學當中，是必須要開展的教學內(nèi)容之一，因此在實際的應用過程中也必須考慮這一現(xiàn)象，這對于其未來發(fā)展和創(chuàng)新具有一定的影響作用。如果從物理模型角度分析直流斷路器電弧放電現(xiàn)象，就是指模型中的電流線性活動在電流線性衰減作用下，改變了其活動范疇，從而導致直流電路電弧的放電方式發(fā)生改變，因此出現(xiàn)直流斷路器電弧放電情況。在電焊和電噴漆行業(yè)中，這種閃電式電流能夠發(fā)揮較好的應用效果，在強化直流電路電弧放電效果后，會產(chǎn)生火花，這種火花溫度很高，能夠?qū)⒔饘俳z溶解，溶解后的金屬絲可用于焊接工作，這是目前建筑工程建設過程中較為常見的焊接及防腐技術之一。過去僅僅是在教學課堂上對直流斷路器電弧放電進行研究，并將其應用打火機當中，在使其與氣壓相互作用后，出現(xiàn)火花，氣壓噴槍用這種方法實施焊接及防腐操作，現(xiàn)如今，更加先進、智能的科學技術為該技術的發(fā)展起到巨大的推動作用，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)用計算機對其實施控制，這能夠使這項技術更加穩(wěn)定和準確。

三、直流斷路器電弧研究的新進展

（一）研究空氣直流斷路器進展

我國經(jīng)濟及社會的發(fā)展速度與軌道交通、資源開發(fā)、新能源研究以及重工業(yè)等各個行業(yè)的發(fā)展情況及發(fā)展方向密不可分，這其中很多行業(yè)應用的電力系統(tǒng)為中低壓直流電力系統(tǒng)，這種系統(tǒng)電壓通常為幾千伏以下，所以主要采用空氣直流斷路器完成開斷操作。因此空氣直流斷路器研究的成果對于城市發(fā)展來說極為關鍵，在接下來的研究中應當進一步探索電弧調(diào)控機理與專業(yè)控制技術，尤其是在將其用于焊接及防腐工作中時，要考慮到燒灼蒸汽的影響因素，從控制各種不利因素入手，使其開斷能力有所提升，并逐漸縮小短路器的尺寸。同時要降低觸頭的腐蝕程度，提升大容量直流開斷運行過程中電弧轉(zhuǎn)移的速度。

（二）對直流斷路電弧紅外分析儀的研究成果

通過將數(shù)學公式、計算機技術以及直流斷路器電弧放電現(xiàn)象相結(jié)合后，新的研究成果直流斷路器電弧紅外分析儀應運而生，這項新型的科技產(chǎn)品將計算機技術、分析技術以及機電專業(yè)技術等諸多技術優(yōu)勢包含在內(nèi)，直流斷路電弧紅外分析儀最主要的作用是用來檢測硫、碳及其他物質(zhì)的數(shù)據(jù)，運行原理是在直流斷路器電弧發(fā)生器運行過程中，將硫、碳兩種物質(zhì)同高壓與低壓電弧之間的空氣接觸，再借助計算機分析技術、光源穿透性及數(shù)學公式對硫、碳等物質(zhì)實施檢測。這種產(chǎn)品在簡易性、檢測準確性、應用范圍、功能性及抗干擾方面都具有一定的優(yōu)勢，且在使用過程中十分穩(wěn)定、可靠，成為目前各行業(yè)檢測硫、碳等物質(zhì)的首選設施。

（三）自激振蕩式直流斷路器研究新進展

首先，加大了內(nèi)部機理和因素對電弧穩(wěn)定性及負阻性的研究力度;其次，逐步構建科學、系統(tǒng)的相關數(shù)字模型，使其能夠為相關行業(yè)研究提供更加準確、實用和完善的數(shù)據(jù)依據(jù);最后，經(jīng)過研究優(yōu)化，電弧控制技術水平有所提升，這大大加速了電弧震蕩速度，保證穩(wěn)定的進行增幅振蕩。

（四）混合式直流斷路器研究新進展

一方面對混合式直流斷路器運行的介質(zhì)恢復原理與高頻熄弧進行了深入研究，另一方面提高了混合式直流斷路器中各個電路部分及相關配置的匹配程度，使整體開斷功能性有所提升。

結(jié)束語：

如今我國已經(jīng)進入了科學發(fā)展的新時代，層出不窮的新技術、新理念為各行各業(yè)的發(fā)展起到了積極的推動作用，雖然直流斷路器電弧研究只是電力系統(tǒng)中特別容易被忽視的問題，但是對整體電力系統(tǒng)具有十分重要的意義，因此要借助高科技手段的幫助，提升整體電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及流暢性，讓用戶有更好的使用體驗。

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