地铁车辆直流断路器承担着保护地铁牵引供电系统和车辆的双重任务,然而在分合闸的过程中其内部机械触头间会产生电弧,造成设备受损直接影响到系统供电和地铁车辆安全运营?本文以地铁车辆直流断路器为研究对象,采用并联电力电子开关的混合式开关灭弧法对原拓扑进行优化,实现地铁车辆直流断路器高速无弧开断故障电流。首先,总结国内外各领域所用直流断路器工作原理、结构、分类、优缺点及应用现状,了解地铁车辆运行环境、运行特点及地铁车辆直流断路器结构、工作原理、电气控制逻辑和存在的弊病。对引起设备损坏的原因和现有的两种电流转移灭弧改进措施进行仿真分析,为地铁车辆高速直流断路器拓扑结构设计新思路提供理论和对比分析基础。其次,采用混合开关灭弧法对车辆直流断路器进行改进拓扑设计,地铁车辆混合式高速直流断路器总体架构包括机械开关、电力电子开关、缓冲吸能电路及故障检测控制单元。机械开关采用高速电磁斥力开关,电力电子器件选取IGBT全控型器件。分析了母线电压、关断电流、缓冲阻容及杂散电感等因素对电力电子开关元件的影响,设计缓冲吸能支路。确定了地铁车辆混合式高速直流断路器拓扑、理论工作原理及故障切除电流转移特性,分析了地铁牵引供电系统短路故障的参数及等效电路。最后,在MATLAB/simulink搭建地铁车辆混合式高速直流断路器仿真模型,模拟系统发生近端短路故障时的运行环境,将本文优化拓扑仿真结果与理论电流转移特性进行对比。对比表明本次改造方案实现了预计的目标,有力地证实地铁车辆混合式高速直流断路器能够迅速切除故障,同时提升地铁牵引供电系统设备的综合自动化运行水平。