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摘要：随着近些年电厂、变电站的快速发展，直流断路器得到了广泛应用，但是故障也时有发生。因此，加强对直流断路器的保护非常重要。本文重点对直流断路器进行介绍。
关键词：直流；断路器
一、直流断路器的类型选择
交流断路器与直流断路器的灭弧机理不同，交流灭弧是利用交流电的周期性变化，电弧有自然过零点，经自然过零点后，弧隙电压由零逐渐上升，此时断路器绝缘介质恢复绝对误差速度快于弧隙电压上升速度，就可保证电弧不重燃。而直流电弧因没有自然过零点，直流电弧产生后，在一定的维持电压下电弧可以持续燃烧，故灭弧要困难得多。例如GM型直流快分开关采用了VJC绝缘四重加速窄缝分断技术限制电弧的扩散，提高了限流作用。
以①换流站和②换流站的直流断路器为例，如图１所示，换流站直流场断路器包括极中性母线断路器（ＮＢＳ），金属回线转换断路器（ＭＲＴＢ），大地回线转换断路器（ＧＲＴＳ），双极中性线临时接地断路器（ＮＢＧＳ）。以上直流断路器的作用均是用于直流输电系统运行方式的切换，其作用及设备参数不同，但其基本工作原理相同，以下以ＮＢＳ断路器为例，对直流断路器工作原理进行分析。
以①换流站频发充电装置告警的００１０断路器（ＮＢＳ断路器）为例，由于直流电流的开断不像交流电流那样可以利用交流电流过零点，因此开断直流电流必须强迫过零。００１０断路器属于有源型叠加震荡式断路器，其开断方式是由外部充电装置Ｕｄｃ先向振荡回路的电容Ｃ充电，然后电容Ｃ通过电感Ｌ向断路器断口的电弧间隙放电，产生振荡电流叠加在原电弧电流之上，并强迫电流过零。充电装置的工作原理为一个小型的整流滤波回路。其输入为２３０Ｖ的交流电，输出为２０ｋＶ左右的直流电。
三、直流断路器充电测控回路及逻辑
直流断路器充电测控回路主要用于控制直流断路器电容器两端的电压，当电容器两端电压低于设定值时，测控回路能够启动直流断路器对电容进行充电。
如图2，直流断路器电容器两端的电压测量后经光纤回路送到直流场接口盘（ＤＦＴ）中，最后进入极控制保护（ＰＣＰ）主机。主机经过分析后判断是否需要为电容器充电，然后控制命令经ＤＦＴ后回送到充电装置中，通过控制继电器的吸合来控制充电的开始和停止。
在ＰＣＰ主机软件中，若００１０直流断路器振荡回路的电容电压低于设定值，系统向充电装置发出开始充电的命令，超过相应定值时，停止充电。若电容电压仍不断下降，低于５ｋＶ时，则判断充电装置电压故障，发出相应告警。
四、直流断路器的故障与解决
充电告警是由于测量到的直流断路器电容器电压值低于５ｋＶ造成，这可由以下几类故障导致：①充电装置自身故障，无法启动充电回路为电容器充电，或充电回路输出出现异常；②直流断路器电容器测量回路异常，测量电压出现错误；③直流断路器充电命令输出回路异常，充电指令无法发送至充电装置。
针对以上３种故障原因，现场可采取以下措施：
发生第１类故障时，需将断路器转至检修状态，故在每年的年度大修时，应对直流断路器本体充电装置及回路进行测试及检查。在００１０发充电电压告警后，运行人员应对故障时的测量电压进行跟踪观察，并比较Ａ／Ｂ系统充电电压测量值。若发现Ａ／Ｂ系统所测电压值不同，则可判断为
发生了第２类故障，可立即对电容电压测量回路进行检查。若发现Ａ／Ｂ系统电压均低于告警定值５ｋＶ，且两系统所测电压值基本相同，控制系统的开始充电指令一直保持在发出状态，则可排除第２类故障情况，之后可尝试将直流断路器充电装置设为手动充电。若手动充电成功，则判断为发生了第３类故障，可立即对控制命令输出回路进行检查。否则为第１类故障，需将断路器转至检修状态处理。
五、直流断路器方案
5.1机械式断路器
传统机械式断路器通态损耗低（通态电阻微欧级），开断故障电流能力强。理论上合理设计无源式直流转换开关电路参数，可以实现故障电流的分断，但受到振荡所需时间和常规机械开关分断速度的影响，难以满足直流系统快速分断故障电流的要求。
为提高机械断路器动作速度，提出了一种能够实现无弧分断的快速机械开关断路器拓扑，稳态时，电流经快速机械开关流通；故障发生时，机械开关分断，电容电压无法突变，限制电容电压上升速率，保障在机械开关开断瞬间电容两端电压低于机械开关起弧电压，在机械分断过程中低于机械开关的击穿电压，从而实现机械开关无弧分断。当电容电压升至避雷器动作阈值时，电流转入避雷器中消耗吸收。电阻用于抑制电容与系统电感的振荡。该拓扑结构断路器虽实现了无弧分断，加快了机械开关的分断速度，但同时也大大增加了高压电容的容量，使得短路电流转移至避雷器动作的时间变长，对短路电流限制效果并无明显改变。
5.2固态断路器
固态断路器由全控电力电子器件组成，不会产生电弧，分断速度也大大提高，但受限制于单个电力电子全控器件的耐受电压，应用于高压直流电网中，需要使用较多器件串联，使得固态断路器的通态损耗大、成本高。为了降低固态断路器通态损耗，拓扑在稳态时通过晶闸管阀来通流，由于半控器件晶闸管通态损耗低于全控器件，相较于全控器件，其通态损耗略有下降；发生故障时，触发辅助晶闸管阀和
集成门极换流晶闸管（ＩＧＣＴ）阀，使得电流转移至ＩＧＣＴ支路，随后关断ＩＧＣＴ阀，系统能量被避雷器所吸收。
5.3混合式断路器
混合式断路器结合了机械式断路器和固态断路器的优点，用快速机械开关来导通正常运行电流，固态电力电子器件来分断短路电流，使得其既具备较低的通态损耗，又有很快的分断速度。这种拓扑结构断路器依靠电弧电压将短路电流从快速机械开关支路转移至固态开关支路。
结语
综上所述，要保证直流系统的安全稳定，就必须要对直流断路器加强管理，并采取一系列手段和方法加强对故障的排除，为电力系统的安全稳定运行提供保障。
参考文献
[1]耿建风,徐荣.直流电源系统中直流控制保护电器的选择[J].电力系统保护与控制,2009.
[2]李满员.直流电源系统保护中直流断路器及熔断器的级差配合探讨[J].电力设备，2012.