[發明專利]一種機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法

有效

• 申請號: 201310485123.4
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103532091A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 馬釗;安婷;邱宇峰
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院
• 主分類號: H02H3/087
• 分類號: H02H3/087
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及一種開斷方法，具體涉及一種機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法。

背景技術

可靠有效的電力供應以及開發利用可再生資源對于改進電力傳輸模式提出了巨大的挑戰。基于低損耗、遠距離、大功率輸電以及更有效地連接可再生能源入網和便于靈活操作的優點，高壓直流輸電得到了新的重視。特別是基于電壓源型換流器的柔性直流輸電技術的出現使得多端高壓直流電網的籌建發展成為可能,并越來越具吸引力。具有快速開斷直流故障電流和隔離故障功能的直流斷路器是實現多端高壓直流電網必不可少和至關重要的元件。

直流系統中短路故障發生后，短路電流上升非常快，要求高壓直流開關能快速開斷，并將高壓直流輸電電網與故障線路隔離。雖然目前市場上已有高壓直流開關，并有一些已在超高電壓系統中運行，但它們都只是用于點對點的直流輸電系統，都是作為轉換開關將故障電流從一個電路轉換到另一電路，并利用電容器放電以制造電流零點，最終由交流斷路器完成開斷，其開斷時間較長，系統欠穩定，直接開斷短路故障電流的開斷能力也較低，不適用多端高壓直流系統。故具有高開斷能力的快速高壓直流斷路器仍然是多端高壓直流發展的一個瓶頸，限制著多端高壓直流的發展。因此，高壓直流斷路器的研發迫在眉睫，一場研發高壓直流斷路器的激烈競爭在國內外電力設備制造商之間正在悄然進行。

截止目前，只有ABB在2012年11月公布他們最新研發出了混合式高壓直流斷路器，具有速度快、損耗小、開斷能力較高的特點。這無疑是一大進步，但仍存在一些缺陷；如所需電力電子元件數量大，而且從安全可靠角度考慮需要很多候役的備份元件；體積龐大，控制系統復雜，價格昂貴，保護控制配合尚需斟酌；型式試驗項目有待進一步商榷確定；特別是對不同拓撲結構的電網可靠性和運行操作有待考驗等。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，利用了超快速機械開關合閘時損耗小，耐壓，絕緣性能好，分閘速度快的特點；電力電子開關可斷流、速度快、體積小及模塊化設計易于成套；在參數選擇上可綜合考慮不同元件的性價比，優化配合；在結構設計上盡可能地減少元器件，縮小體積，減少重量，提高可靠性。與上述ABB的混合式高壓直流斷路器相比，因無需由大量電力電子開關組成的主開斷回路，本發明的體積、重量和造價均大幅降低。因此，預期設計將不但在技術上達到并超過當代高壓直流斷路器的水平，而且具有體積小、重量輕和造價低的優點。進而為未來高壓開關產品的研發開辟新的途徑。

為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：

本發明提供一種機電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，所述機電一體化高壓直流斷路器包括超快速機械開關、電力電子開關和避雷器，所述超快速機械開關和電力電子開關串聯后，與所述避雷器并聯；所述控制方法包括以下步驟：

步驟1：當高壓直流側發生短路故障、電流和電流上升陡度達到相應的開斷設定值時，超快速機械開關的操作機構立即動作，以超快的剛分速度使觸頭分離，形成物理間隙并產生電弧，隨即給電力電子開關發出開斷指令；

步驟2：電力電子開關快速開斷短路電流，使超快速機械開關觸頭間的電弧熄滅形成隔離斷口，超快速機械開關承受高電壓，電力電子開關不承受高電壓；

步驟3：當超快速機械開關觸頭分離至最終分閘位置且避雷器中的電流衰減為零時，所述機電一體化高壓直流斷路器完成整個開斷過程，將高壓直流輸電電網與故障線路隔離。

所述超快速機械開關包括觸頭、滅弧室和操作機構；超快速機械開關在額定電流時保持合閘，當高壓直流側發生故障時，電流迅速上升，當電流和電流上升陡度達到相應的開斷設定值時，操作機構動作使觸頭分離，形成物理間隙并產生電弧，隨即給電力電子開關發出開斷指令，超快速機械開關觸頭繼續分離至最終分閘位置，在分離過程中，當電力電子開關開斷后，超快速機械開關的電流過零，電弧熄滅形成隔離斷口，并承受額定電壓。

所述超快速機械開關采用利用電磁斥力操動機構的機械快速開關，或機械快速開關與觸發間隙組成的快速混合開關的操動機構的快速機械開關。

所述電力電子開關由至少兩個絕緣柵雙極型晶體管或碳化硅電力電子元件串聯而成；絕緣柵雙極型晶體管的尺寸和個數或碳化硅電力電子元件的個數分別根據其額定電壓和電流確定。

所述電力電子開關在正常運行狀態下，處于關合狀態，流過正常的負荷電流；當接到開斷指令后，快速開斷電流并將電流轉移到所述避雷器，使所述超快速機械開關觸頭間的電弧熄滅，達到開斷直流電流的目的。