[發明專利]混合式直流斷路器

有效

• 申請號: 201210498261.1
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103021739A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 吳翊;榮命哲;吳益飛;楊飛;邵方靜;孫昊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01H71/00
• 分類號: H01H71/00;H01H33/66;H03K17/13
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種無弧開斷的混合式直流斷路器，包括高速真空開關VB、LC強制轉移電路、過電壓限制電路以及控制系統，其中，

高速真空開關VB、LC強制轉移電路以及過電壓限制電路并聯，

所述LC強制轉移電路由預充電電容C、電感L和電力電子門極可關斷器件串聯組成，

所述LC強制轉移電路兩端的電壓達到過電壓限制電路的導通閾值時，過電壓限制電路導通，使得高速真空開關兩端電壓被限制在一定范圍；

所述控制系統監測系統電流和高速真空開關VB電流二者的電流值及變化率di/dt，并根據監測結果向高速真空開關VB和電力電子門極可關斷器件發出相應的控制命令。

2.根據權利要求1所述的斷路器，其中：

正常工作狀態下，電流從高速真空開關VB流過，預充電電容C上充有一定的電壓，且電壓方向與電力電子門極可關斷器件的開關導通壓降方向相反，電力電子門極可關斷器件處于關斷狀態，LC強制轉移電路沒有電流通過；

當系統發生短路時，如果檢測到系統電流值超過閾值，則控制系統首先控制高速真空開關VB中的盤式斥力線圈放電回路導通，使得高速真空開關VB實現分閘動作，再控制電力電子門極可關斷器件導通，LC強制轉移電路的預充電電容C通過電力電子門極可關斷器件、電感L和高速真空開關VB形成回路放電，放電電流方向與高速真空開關VB中電流方向相反。

3.根據權利要求1所述的斷路器，其中，所述控制系統包括：系統電流傳感器、高速真空開關電流傳感器、LC強制轉移電路電流傳感器、過電壓限制電路電流傳感器以及、高速真空開關電壓傳感器和高速真空開關位移傳感器，信號調理電路，高速AD，處理器和人機交互界面，其中，處理器完成系統電流和高速真空開關VB電流二者的幅值及變化率di/dt計算，人機交互界面實時顯示混合式直流斷路器狀態及計算結果。

4.根據權利要求1所述的斷路器，其中：所述高速真空開關VB由高速斥力機構和真空滅弧室組成；所述高速斥力機構由盤式斥力線圈、斥力盤、開關觸頭、緩沖裝置和盤式斥力線圈放電回路組成；所述真空滅弧室觸頭為單點觸頭，所述斥力盤位于開關觸頭下方，通過中心主軸與開關觸頭的動觸頭相連。

5.根據權利要求4所述的斷路器，其中：所述高速斥力機構中，盤式斥力線圈放電回路由直流電源U、預充電電容C1和晶閘管VT1組成，電容C1由直流電源U充電后通過控制晶閘管VT1導通驅動斥力盤運動，改變盤式斥力線圈放電回路中預充電電容C1的預充電電壓可以改變高速斥力機構的運動速度。

6.根據權利要求1-5中任一所述的斷路器，其中：所述電力電子門極可關斷器件由IGCT，和/或IGBT，和/或GTO通過串并聯形式組合而成。

7.根據權利要求1-6中任一所述的斷路器，其中，所述過電壓限制電路由氧化鋅閥片或者正溫度系數材料PTC通過串并聯形式組合而成。

8.根據權利要求1-7中任一所述的斷路器，還包括均壓電容，所述均壓電容并聯在電力電子門極可關斷器件兩端，實現多個電力電子門極可關斷器件串聯均壓。

9.一種用于權利要求1-8中任一所述的斷路器的控制方法，包括以下步驟：

（1）當系統短路故障發生后，如果檢測到系統電流超過閾值，則所述控制系統首先控制高速真空開關VB中的盤式斥力線圈放電回路導通，使得高速真空開關實現分閘動作，再控制電力電子門極可關斷器件導通，此時LC強制轉移電路的預充電電容C放電，其放電電流與高速真空開關VB中的電流方向相反，起到抵制高速真空開關VB中的電流的作用，使得流過高速真空開關VB的電流開始下降；

（2）當高速真空開關VB中電流降至閾值i2以下時，控制系統控制電力電子門極可關斷器件關斷，高速真空開關VB中電流上升，但不超過所述閾值i2，控制系統根據高速真空開關VB打開需要的延遲時間確定高速真空開關VB中電流上升時間，該上升時間完成后，控制電力電子門極可關斷器件導通，高速真空開關VB電流下降；其中，重復導通和關斷電力電子門極可關斷器件，控制高速真空開關VB電流值始終處于所述閾值i2以下，并且電流整體呈下降趨勢，從而降低高速真空開關VB電流過零點附近的變化率，實現平穩過零；

（3）在電流過零時，高速真空開關VB無弧打開；當LC強制轉移電路兩端電壓達到系統過電壓閾值時，過電壓限制電路導通，使得高速真空開關VB兩端電壓被限制在一定范圍；由于過電壓限制電路兩端電壓高于系統電壓，混合式直流斷路器中流過的電流迅速下降至0，從而完成整個開斷過程。