《核聚变磁体电源等离子体击穿开关网络系统设计技术导则【T-CPSS 1011-2022】》

T/CPSS1011—2022

核聚变磁体电源等离子体击穿开关网络系统设计技术导则

1范围

本导则规定了核聚变磁体电源等离子体击穿开关网络系统的功能、设计和运行等方面的技术要求

和相应的推荐技术方案。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T156—2017标准电压

GB/T2900.20—2016电工术语高压开关设备和控制设

GB/T11022—2011高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求

GB50260电力设施抗震设计规范

GB/T17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验

GB/T17626.4电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

GB/T17626.5电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验

GB/T17626.8电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验

GB/T17626.11电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验

GB/T17626.16电磁兼容试验和测量技术0Hz～150kHz共模传导骚扰抗扰度试验

GB/T17626.18电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡波抗扰度试验

3定义和术语

除本章节给出的术语定义外，GB/T2900.20—2016相关标准中所界定的术语及定义同样适用于本

导则。本部分列出适用于本导则的其它术语和定义。

3.1

磁体电源coilpowersupply

为磁约束核聚变装置中的所有磁体线圈提供可调节电能的装置，由变流系统、等离子体击穿开关网

络系统、失超保护系统和直流传输系统等组成。

3.2

等离子体击穿开关网络系统switchingnetworksystemforplasmainitiation

是磁体电源系统的一部分，由所有开关网络单元组成，为磁体提供等离子体击穿放电前的充电电流

通路、击穿放电时所需的高电压以及击穿放电后的电流通路。

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3.3

开关网络单元Switchingnetworkunit

单个磁体电源中实现等离子体击穿开关功能的部件集合，由换流开关部件、开关网络电阻、旁路合

闸开关部件和仪控部件等组成。

3.4

换流开关部件currentcommutationswitchcomponent

在磁体充电阶段闭合以提供充电回路，在启动等离子体放电时快速分断，将电流转移至开关网络电

阻的部件。

3.5

开关网络电阻switchingnetworkresistor

在换流开关分断时承载电流的部件，在磁体两端产生瞬时的高电压以产生等离子体放电，宜采用开

关进行分段投入使用。

3.6

旁路合闸开关部件bypassmakeswitchcomponent

在等离子体放电后闭合，短接开关网络电阻并形成稳态通流电路的部件。

3.7

仪控部件instrumentationandcontrolcomponent

由开关网络单元和各部件的控制设备和电压、电流、温度等测量设备组成，对开关网络单元及各部

件进行控制和保护。

4系统、单元及部件功能和设计要求

4.1开关网络系统功能和配置

在等离子体放电开始时，等离子体击穿开关网络系统向中心螺线管（CS）和极向场（PF）磁体电路

中提供击穿注入气体，并产生等离子体电流所需的高电压。

在核聚变装置中，每套中心螺线管和极向场磁体电源各配置一个开关网络单元，全部开关网络单元

构成开关网络系统。

4.2开关网络单元基本配置

开关网络单元串联在磁体电源变流器和磁体负载之间，主要由换流开关部件、开关网络电阻、旁路

合闸开关部件、仪控部件以及电缆或连接排等部件组成，如图1所示。

等离子体开关网络单元各部件的功能参见附录A。

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开关网络单元

电阻R2开关网络电阻

电阻接入开关

电阻R1

电缆或连接排电缆或连接排

磁体电源

磁体负载

变流器直流母线直流母线

换流开关部件

合闸开关

电缆或连接排电缆或连接排

仪控部件旁路合闸开关部件

后备合闸开关

图1开关网络单元构成示意图

4.3基本运行原理

图2为开关网络单元各部件的基本运行时序：

——T0之前，磁体经磁体电源励磁运行，换流开关部件处于闭合状态（旁路合闸开关部件处于断开

状态）。

——T0时刻即等离子体脉冲开始时刻，换流开关部件接受动作命令打开，电流换流至电阻R1支路，

换流开关保持打开状态，承担电阻两端的电压。

——开关网络电阻分段运行。T1时刻，R2电阻接入开关闭合，接入R2电阻支路，磁体电流由R1支

路和R2支路共同承担，开关网络等效电阻为R1并联R2。

——T2时刻，旁路开关闭合，电流从开关网络电阻回路换流至旁路合闸开关回路。

旁路合闸开关部件应配置后备合闸开关，当检测到合闸开关动作失效，立即触发后备合闸开关。

换流开关部件电阻接入开关旁路合闸开关部件

动作动作动作

电流流经电流流经旁路开关

电流流经电阻R电流流经电阻R||R

换流开关部件112通流支路

时间

T0T1T2

图2开关网络单元各部件的运行时序

4.4设计要求

在开展开关网络系统和单元设计前，必须明确相关设计输入，并结合4.3节开关网络系统的运行原

理进行定义。

4.4.1参数要求

4.4.1.1额定电压（Ur）

额定电压等于开关网络单元所在磁体电源的最高运行直流电压。

开关网络单元推荐的额定电压为3.6、7.2、12或者24kV(见GB/T156的第9章)。针对特殊系统，

允许由用户根据系统需求，定义与标准推荐电压不同的额定电压等级。

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4.4.1.2绝缘水平

开关网络单元和部件的额定绝缘水平应满足表1要求。

表1开关网络单元绝缘水平

额定短时工频耐受电压Ud额定雷电冲击耐受电压Up

额定电压Ur

kV(有效值)kV(峰值)

kV(有效值)

通用值隔离断口通用值隔离断口

3.625274046

7.230346070

1242487585

246579125145

注：出厂试验的相对地，相间及开关断口间采用上表的通用值。

注：参见GB/T11022—2011表1。

4.4.1.3额定电流（Ir）和温升

开关网络单元各部件的额定电流是指在规定的使用和性能条件下，设备能够持续承载的电流有效

值，应根据磁体电源系统直流侧的额定电流定义。

开关网络单元各部件的温升应满足GB/T11022—2011表3规定。

4.4.1.4额定短路耐受电流（Ik）和持续时间（tk）

开关网络单元各部件设备的额定短路耐受电流Ik应为磁体电源变流器的最大短路电流，额定短路持

续时间tk应为输入侧断路器的最大动作时间（通常为80～100ms）。

额定短路耐受电流应适用于换流开关部件、旁路合闸开关部件及相关的连接排等连续通流部件，不

适用于开关网络电阻。

4.4.1.5分闸、合闸装置和辅助回路的额定电源电压（Ua）和频率（fa）

应满足GB/T11022—20114.9和4.10规定。

4.4.1.6可控压力系统压缩气源的额定压力

应满足GB/T11022—20114.11规定。

4.4.1.7电阻运行阶段、持续运行时间（t1，t2…）及电阻值（R1,R2…）

应根据磁体电源系统运行要求，尤其是等离子体击穿电压要求，确定开关网络系统电阻的运行阶段

及相应的运行时间。以两段电阻运行阶段为例，应定义一段和二段的运行时间（t1和t2）以及两段的电

阻值（R1和R2）。该系列参数由核聚变装置磁体线圈磁场和运行方案设计组提供。

4.4.1.8开关网络单元的动作时间

开关网络单元的动作时间应含以下参数，但不限于：

a)换流时间（tc）：换流开关接收到动作指令到完成换流动作的时间，本导则推荐tc不大于15ms。

b)换流不一致时间限值（Dt）：在开关网络系统中各单元换流时间最大值和最小值之差的最大允

许值，本导则推荐Dt不大于3ms。

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c)阶段电阻接入动作时间tR：适用于分阶段投入电阻的情况，运行单元的阶段电阻从接入开关接

收到动作命令到完成阶段电阻承担稳态电流（稳态电流90%以上）的时间，本导则推荐tR不

大于20ms。

d)旁路开关合闸时间（tb）：从旁路合闸开关接收到动作指令到最终完成动作，系统电流（大于

90%以上）换流至旁路合闸开关的最大时间，本导则推荐tb不大于20ms。

4.4.2其他要求

4.4.2.1使用条件要求

本系统单元设计须考虑相关气候条件要求。开关网络单元系统为室内安装的电气设备，应满足相关

室内环境的要求，具体安装使用条件应满足GB/T11022—20112.2.1的规定。

4.4.2.2安全要求

任何部件不得使用静置或正常工作时会产生有毒有害气体的材料。

开关网络单元的防火设计应满足GB/T11022—20115.17的规定。

开关网络单元各部件应保证金属外壳部件可靠接地，满足GB/T11022—20115.3的规定。各部件

通过冷却水或支撑结构的接地漏电流不可对磁体-电源电路接地检测造成影响。

本系统设计及实现过程不得妨碍核聚变装置的任何安全系统实现其功能。

开关网络系统中各单元及其部件不应在任何工况下以任何方式影响核安全功能（如适用）。

4.4.2.3电磁兼容要求

开关网络单元的设计必须满足电磁兼容设计要求。所有单元和部件须在本系统自身产生的磁场环

境（包括故障下）和其他系统（主要是所处环境附近的通流设备）产生的磁场环境中正常运行，尤其是

装置主机相关系统产生的磁场环境。

仪控部件应满足GB/T17626.2、GB/T17626.4、GB/T17626.5、GB/T17626.8、GB/T17626.11、

GB/T17626.16和GB/T17626.18的电磁兼容测试要求。

5系统、单元及部件设计规范

5.1开关网络系统

开关网络系统设计须根据磁体电源击穿放电电压要求，确定开关网络单元的数目和各单元的额定

参数。开关网络各单元的运行需要在系统级进行同步。

a)开关网络单元仪控部件设计应保证各单元同时收到动作命令，尤其是开断命令；

b)各开关完成开断命令（接入R1电阻）所需时间应该一致，其误差不允许超过4.4.1.8条规定

的换流不一致时间限值Dt；

c)阶段接入电阻的时间应一致，其误差不允许超过4.4.1.8条规定的换流不一致时间限值D（特t

殊需求除外）；

d)不对合闸动作进行一致性要求，但是合闸动作须满足4.4.1.8条规定的旁路开关合闸时间（tb）

的要求。

5.2开关网络单元

开关网络单元的设计原则为：

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a)应采用模块化的设计思路：即运行参数一致或者接近的磁体电源可以使用相同参数的开关部

件和仪控部件。

b)各开关网络单元的主要开关部件应采用通用设计（包括技术方案、参数和备品备件），以减少

重复性的研发工作以及增加运行维护的通用性。

c)根据换流开关部件和旁路合闸开关部件的运行功能要求，应尽可能使用换流开关全部或者部

分来实现旁路合闸开关的功能，以减少开关部件总量和降低系统复杂度；然而，换流开关是否

适用于旁路合闸开关取决于换流开关部件的详细技术方案。

d)每一个开关网络单元应设计独立的仪控部件（包括单元和部件控制及状态采集）。为满足5.1

开关网络系统同步性要求，各开关网络单元应采用相同的仪控设计架构。

针对不同设计参数给出了推荐单元设计方案和部件设计推荐方案见附录B。

5.3开关网络单元部件

5.3.1换流开关部件

换流开关部件设计原则为：

a)应选取合适的开关拓扑结构，实现设计输入要求：即在规定动作时间内完成分闸操作，恢复额

定电压耐受能力。

b)在系统额定电压要求较高时，宜采用多级分段开断机制，以减少单个开关恢复电压耐受要求。

c)应有效控制分闸触头（如适用）的腐蚀水平，使得开关使用寿命达到要求。

d)宜采用方便维护或者更换的触头结构，使得在电气/机械寿命达到时方便维护和更换。

e)部件设计时应满足GB/T11022—2011第5章的规定。

5.3.2开关网络电阻

开关网络电阻的设计原则为：

a)大功率电阻应设计成标准的模块化结构。

b)对于分段设计的电阻，应采用模块化可调设计，能够实现两段电阻阻值可调，以满足不同的等

离子体放电需求。

c)电阻模块化结构应通过合理的布局和连接结构，在实现所需阻值的同时，使得电阻整体电感尽

量小，以满足暂态过电压不超过限值以及快速换流的要求。

d)电阻模块设计应考虑由单元额定电流（Ir）决定的功率要求。

5.3.3旁路合闸开关部件

旁路合闸开关部件设计原则为：

a)设计应考虑合闸动作时间和稳态通流的主要技术要求。

b)应在开关网络单元处于任何状态时可以响应命令，闭合形成可靠回路，以保护磁体免受开关网

络单元误操作或动作产生的高电压。

c)旁路合闸开关应配备后备合闸保护开关，且配备检测和逻辑判断。在主开关动作失败后，短时

间内打开后备合闸保护开关，迅速闭合回路形成可靠通流回路。

d)旁路合闸开关在合闸动作前，应能承受开关网络单元动作在其两端产生的高电压。

e)部件设计时应满足GB/T11022—2011第5章的规定。

5.3.4连接排或电缆

开关网络单元各设备间连接排或电缆的设计原则为：

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a)对于大电流机械开关触头与辅助开关部件间的连接，应采用合适截面的水冷铜母排或水冷铝

母排连接，且尽可能减少杂散电感。

b)对于机械开关触头和主电路连接，应选择合适截面的铜或铝直流母排，减少接触电阻，从而减

少热功率。

c)对于并联在开关部件两端开关网络电阻的母线连接回路，由于大功率开关网络电阻所占空间

大，与开关部件较远，宜采用高压同轴电缆连接，以尽量减小回路杂散电感，避免开断过程电

压过冲。

d)对于旁路合闸开关与电阻回路的连接，一般宜采用水冷铜或铝母排，并且尽可能减少回路电阻

以减少热功率损耗。

5.3.5仪控部件

开关网络单元仪控部件的设计原则为：

a)仪控部件应采用磁约束聚变试验装置规定的统一标准架构和通讯接口。

b)各级控制器的硬件和软件须满足磁约束聚变试验装置统一标准规范。

c)每一个开关网络单元原则上有且只有一套独立的控制部件，包括常规控制和保护控制；与上层

控制器通讯接受命令以及上传单元状态信息；协调单元各个部件的动作时序、连锁关系以及保

护操作。

d)应设置各部件电流传感器和开关两端电压传感器，传感器信号将作为控制器判断和触发控制

命令及保护命令的输入。

e)后备合闸保护开关动作应与旁路合闸开关电流联锁，在接收到合闸动作命令后，在规定时间内

未检测到旁路合闸开关回路电流，应触发后备合闸保护开关。

5.4其他

5.4.1结构布局

开关网络单元结构设计要求为：

a)开关部件应设计在一个紧凑的结构内，以便于仪控集成、安装调试和运行维护。

b)开关网络电阻因其质量和体积较大,应设计在另一个紧凑结构内。

c)开关网络单元的结构应能够承受正常状态下和故障状态（须考虑保护）下由自身或者接口系统

产生的机械应力，包括但不限于：

1)通流状态下所处电磁场环境产生的电磁力；

2)额定短路耐受电流作用时间下的电磁应力；

3)接口系统（主要是直流母排系统）引起的接口机械应力。

d)开关网络单元的结构应设计足够的支撑，承受其运行的机械应力。

5.4.2抗震设计

开关网络单元抗震设计要求为：

a)开关网络单元应规定震级的地震期间和之后保持其功能，且不需要特别的维护或测试。

b)抗震要求应由根据选址的当地历史地震记录给出具体的要求（地震烈度、峰值加速度、动态安

全系数等），同时应给出当地的地震响应谱及相应的加速度分布。

c)单元及部件抗震设计应符合GB50260规定。

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5.4.3人员防护

开关网络系统人身安全设计要求为：

a)开关网络单元应对其可能产生的高压、电流、电磁和热等影响人身安全的因素加以鉴别分析，

进行必要的标注和警示。

b)开关网络单元应设置安全联锁，确保在有人身安全风险情况下不会进行操作或动作。

c)开关网络单元设计应分析考虑自身在运行和故障下产生的磁场环境，并结合磁场区域控制原

则和磁场环境安全距离（如表2所示）。

表2开关网络系统磁场控制区域

磁场强度

区域控制条件

mT

非控区域<10不控制进入

控制区域10～200控制进入时间（<8h）

禁止区域>200禁止进入

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附录A

(规范性)

等离子体击穿开关网络单元部件功能

A.1换流开关部件

包括一系列直流开关，在磁体充电阶段稳态通流，并在接收到开关网络系统动作命令后的规定时间

内断开回路，使磁体电流换流至开关网络电阻回路。换流开关部件一般由稳态通流开关和直流分断开关

(包括其人工过零回路、缓冲回路)组成。换流开关部件应满足：

a)换流前，能够稳定通流磁体充电电流，并满足相应的热稳定能力和短路故障动稳定能力要求；

b)动作时，在规定时间内能产生足够大的弧压将磁体电流转移到与之并联的开关网络电阻回路；

c)断开后，能在规定时间内恢复绝缘水平，承受由开关部件关断和系统运行产生的高电压。

A.2开关网络电阻

开关网络电阻包括一系列的模块化电阻，可在放电试验前离线调整电阻值，在换流开关部件动作后，

承载磁体电流，产生等离子体击穿所需高电压。为满足不同阶段电压需求，电阻宜分段投入（如图1所

示两段为例，其中二段电阻采用的合闸开关可以与旁路合闸开关一致，以减少重复的研发工作）。

A.3旁路合闸开关部件

旁路合闸开关部件一般包括合闸开关和后备合闸开关。旁路合闸开关部件在接收到合闸命令时，确

保在规定时间内形成闭合回路，使得流经开关网络电阻的磁体电流转移到旁路合闸开关回路；并在后续

放电过程中持续承载磁体电流。

旁路合闸开关部件应满足：

a)开关断开时，能够承受系统运行及故障下的电压；

b)开关闭合动作时，能够在规定时间内形成稳定通流回路；

c)开关闭合后，能够稳定承载磁体电流并满足相应的热稳定能力和短路故障动稳定能力要求。

根据需求，可将旁路合闸开关与换流开关部件中的稳态通流开关合并，采用一组开关实现两种功能。

A.4连接排或电缆

包括一系列直流母排和连接线缆，连接换流开关、开关网络电阻、旁路合闸开关及仪控部件。

A.5仪控部件

包括相关部件控制和保护所必须的仪表测量设备和系统，具备以下功能：

a)接收到开关网络系统相应动作信号后，能确保各开关部件按相应动作顺序和逻辑，迅速、有序

和可靠动作；

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b)能迅速、准确的检测开关单元内部故障，判断故障类型，并在尽可能短的时间内实施相应开关

的动作保护。

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附录B

(资料性)

开关网络单元推荐技术方案

B.1开关网络单元推荐技术方案综述

开关网络单元设计的推荐技术方案见表B.1。

a)稳态运行的较小直流电流系统（30kA左右），宜应用基于电力电子开关的静态开关技术；相

对于机械开关，电子开关因没有燃弧过程具有维护简单，寿命长等优点。

b)电力电子开关，尤其是更有优势的全控型电力电子开关的单个元件额定参数有限（4.5kA/6kV），

对于更高电流（>30kA）和较高电压（>6kV）的系统需求，需要器件的大量并联和串联，大

大增加了设计和制造难度，降低了运行的可靠性；目前实际应用中，限制为10个以内器件并

联（控制均流系数为80%）且无串联。

c)大电流稳态通流的装置，宜采用大导电截面接触式机械触头进行通流；但是大截面机械触头不

宜用以实现开断（动作时间慢达几百ms，无法灭弧）以及闭合（高电压关断燃弧烧蚀严重）；

宜采用与大截面机械触头并联用于快速直流开断的辅助触头。

d)快速直流开断技术对于高电压（>6kV）需求的系统，目前较少使用串联电力电子开关技术，

即使该技术在直流输电领域/柔性电网多有应用（几十kV系统）。

e)目前宜采用技术方案是：

1)采取交流系统广泛使用的空气吹弧或者真空电弧断路器技术；

2)采取气动快速机械开关技术；

3)上述两种方案都应采用人工过零电路辅助灭弧；

4)随着全控型电力电子技术的发展，采用全控电子开关实现直流开断也成为一种备选方案。

表B.1开关网络单元设计推荐方案

设计参数要求换流开关方案旁路合闸开关方案参考方案

晶闸管换流开关兼具旁路合闸开

晶闸管换流+人工过零B.2.1.3

Ir<30kA关功能

Ur<5kV全控电子换流开关兼具旁路合闸

全控电子开关B.2.1.4

稳态运行开关功能

全控电子开关机械开关B.2.1.4

30kA≤Ir≤60kA

5kV≤Ur≤10kV两级直流快速断路器+人工过零换流开关兼具旁路合闸开关功能B.2.1.2

稳态运行

50kA≤Ir≤100kA真空断路器+人工过零换流开关兼具旁路合闸开关功能B.2.1.1

10kV<Ur≤40kV真空断路器+人工过零换流开关兼具旁路合闸开关功能B.2.1.1

脉冲运行空气吹弧式断路器+人工过零换流开关兼具旁路合闸开关功能B.2.1.1

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B.2部件设计推荐方案

B.2.1换流开关

换流开关部件的关键功能为直流分断，本导则推荐以下几种不同直流开关技术方案作为换流开关

部件的设计参考。

B.2.1.1交流开关技术方案

该方案采用机械通流开关和交流分断开关分别实现稳态通流和直流分断功能。其中，机械通流开关

一般为大截面的机械开关，具有通态损耗小、载流能力强、恢复耐压能力速度快及具备一定的电流关断

能力等特点。

交流分断开关通常改进交流开关技术进行直流分断，必须与电容器人工过零回路配合使用，形成换

流回路单元，其拓扑结构如图B.1所示。通常，能用于直接断开电路的断路开关都可以用于换流回路单

元中的换流开关。但有较长绝缘恢复时间的断路开关，工程上不宜使用。

交流开关技术的设计或研发难点在于适用于交流开断的触头机械结构须进行研究并改进，使之适

用于直流开断应用。

开关网络电阻

机械通流开关

交流分断开关

电感晶闸管

电容

机械式换流开关部件

缓冲电阻

缓冲电容

图B.1交流开关技术方案应用于换流开关原理图

交流开关换流回路单元的设计原则如下：

a)选择自身具有一定开断直流电流能力的真空断路器、直流快速断路器、空气断路器、油断路器

和SF6断路器等机械开关，目前常选用真空断路器。

b)不宜采用机械开关并联提高脉冲通流能力，可适当串联，提高高电压开断可靠性；

c)人工过零回路一般由脉冲电容器组、放电电感及晶闸管阀组构成，为减少占地空间，脉冲电容

器应选用高储能密度的薄膜式电容器。

d)人工过零回路的最大放电电流应大于机械开关流过的电流并预留一定裕量。

e)晶闸管阀组作为控制电容器的放电开关，一般单脉冲运行工作，应根据其耐受电压和耐受热值

I2t来计算选择串并联数。

f)为了保证晶闸管安全工作，选择的晶闸管电流上升率不能大于临界电流上升率，最大电压上升

率不能大于其临界电压上升率。

g)如必要，可在机械开关回路串联饱和电抗器，使机械开关电流在过零前能够维持一段低di/dt

的电流区间，从而改善弧后绝缘介质恢复特性，提高分断可靠性。

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h)一般需设计合适的缓冲电路来改善开断瞬间产生的过电压。

i)换流单元应控制引入的杂散电感、电容器容量误差等杂散参数，保证动作的一致性。

B.2.1.2快速直流开关技术方案

本导则给出基于压缩气体驱动快速直流分断开关的换流开关部件参考设计。该方案采用机械开关1

和开关2配合实现稳态通流和直流分断功能

压缩气体驱动的快速机械开关技术因其动作时间短、动作一致性高而被使用在开关网络技术中，应

配合使用人工过零回路。气动机械开关的结构复杂，涉及电气、冷却、气动、密封等多种系统功能，其

研发设计难点在于压缩气体密封、触头冷却和可活动触头的机械结构集成和电气设计。

开关网络电阻

气动开关1气动开关2

晶闸管

电感

电容

晶闸管

机械式换流开关部件

缓冲电容缓冲电阻

图B.2快速气动开关技术方案应用于换流开关原理图

图B.2所示的技术方案设计原则为：

a)使用人工过零回路在气动开关回路中形成零电流，通过触发气动驱动装置完成开关触头分断，

恢复电压绝缘能力；该气动开关（气动开关2）因此可以在无电流工况下打开，避免或极大减

少了电弧腐蚀，一般要求气动开关2绝缘恢复时间在5ms以内。

b)一般为了获得开关触头零电流，在回路中串联使用晶闸管通流；而在晶闸管续流前，宜采用另

一气动开关承载稳态电流；气动开关1需产生足够导通并联晶闸管的弧电压，并且可以稳态通

流，气动开关1绝缘恢复时间要求在3ms以内，但开关1的极间绝缘电压等级无需达到气动

开关2级别。

c)气动开关一般包括触头、至少两个独立的密闭腔以及气动阀门，气动阀门在收到命令后迅速动

作打开密闭腔释放压缩空气，而触头在气压差作用下迅速动作分离到足够安全距离而恢复绝

缘水平。

d)气动开关需要压缩气体辅助系统，其应该选择工业常用的压缩气体压强等级。必须保证压缩气

体系统的可靠性（包括密闭性、气动阀门抗干扰动作能力）。

e)由于晶闸管存在反向恢复特性，人工过零回路的放电电流脉冲宽度要长2～4ms，以确保晶闸

管开关具有足够的反向恢复时间，恢复高电压阻断能力，实现可靠关断。

f)晶闸管开关不同于机械开关，电流方向只具有单向性，应合理选择设计结构，通过正反向并联

或桥式电路结构实现。

g)电容人工过零回路和其晶闸管设计原则与B2.1.1条中一致。

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T/CPSS1011—2022

B.2.1.3晶闸管换流开关方案

该换流开关参考方案采用晶闸管装置实现稳态通流和直流分断功能。与机械式换流开关类似，需要

人工过零支路辅助关断晶闸管。

晶闸管换流开关的优点主要是关断过程无电弧产生、半导体器件使用寿命长及系统免维护时间长。

半控型晶闸管换流开关方案如图B.3所示。

因为晶闸管的导通损耗远高于机械开关，在大电流应用场合（20kA以上）晶闸管换流开关一般无

法兼具旁路合闸开关稳态通流的功能。

开关网络电阻

机械通流开关

晶闸管

开关

电感

电容

晶闸管

晶闸管换流开关

缓冲电容缓冲电阻

图B.3晶闸管换流开关方案原理图

B.2.1.4全控型电力电子换流开关方案

该换流开关参考方案采用全控型固态开关，它与机械开关和晶闸管开关换流单元采用外部电路的

人工过零强制换流的方法不同，利用全控器件的自关断特性实现电流快速关断，无需外部人工过零电路，

主要优点是具有开断速度快、可靠性高、稳定性好、寿命长和可维护性好等优点。目前虽然技术不成熟

且没有较多的经验借鉴，具有较大的技术挑战和应用难度，但却是未来超