[發明專利]基于人工過零的雙向直流開斷電路及其開斷方法

有效

• 申請號: 201410040235.3
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103779828A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 史宗謙;張營奎;賈申利;宋曉川;王立軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02H3/08
• 分類號: H02H3/08;H02H3/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本發明涉及電力行業直流開斷技術，具體涉及一種基于人工過零的雙向直流開斷電路及其開斷方法。

背景技術

與交流電流相比，直流電流由于沒有自然過零點而較難開斷。基于人工過零的直流開斷技術的基本原理為：在主斷路器兩端并聯一條由預充電的換流電容器C、換流電抗器L和換流開關S構成的換流支路，開斷時，閉合換流開關S，則預充電的換流電容器C通過換流電抗器L和換流開關S產生迭加在主斷路器電流I上的反向振蕩電流I₁，使主斷路器電流形成“人工過零點”而熄滅，電流轉移至換流支路。

現有技術中，如果此時換流開關擁有電流過零關斷的能力，則電流轉移至換流支路后，在換流回路電流第一個過零點的時候換流開關關斷，電流完全轉移至避雷器MOV，直至避雷器中電流下降為零，電路開斷成功。

專利《High-voltage?DC?circuit?breaker?apparatus》中介紹了一種人工過零技術的直流斷路器，其換流電容采用母線直接充電的方法，但直流斷路器兩端沒有后備斷路器或隔離開關，在短路故障切斷后，但短路故障沒有排除前，母線不能給換流電容充電。

文獻《APPLICABILITY?OF?A?VACUUM?INTERRUPTERAS?THE?BASIC?SWITCH?ELEMENT?IN?HVDC?BREAKERS》中介紹了一種人工過零技術的直流開斷方法，其換流支路的換流開關采用了空氣球隙，由于球隙不具備電流過零關斷的能力，該方法具備雙向開斷的能力，但該方法在開斷過程結束后，換流支路和主回路中一直存在振蕩衰減的剩余電流，直至電流最終衰減至零。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于人工過零的雙向直流開斷電路及其開斷方法。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案。

一種基于人工過零的雙向直流開斷電路，該雙向直流開斷電路包括設置于母線上的直流開斷裝置以及與直流開斷裝置串聯的第一后備斷路器，所述直流開斷裝置包括換流支路、避雷器以及主斷路器，換流支路以及避雷器與主斷路器并聯，換流支路由換流開關、換流電抗器和換流電容器串聯組成，換流開關采用不具備電流過零開斷能力的開關，第一后備斷路器具備電流過零開斷能力。

所述雙向直流開斷電路還包括第二后備斷路器以及充電電阻，第二后備斷路器具備電流過零開斷能力，第一后備斷路器以及第二后備斷路器分別串聯于所述直流開斷裝置的兩端，充電電阻的一端接地，另一端接于換流電容器的一側，換流電容器的另一側接于主斷路器與第一或第二后備斷路器之間的母線上。

所述換流開關采用空氣球隙。

上述基于人工過零的雙向直流開斷電路的開斷方法，包括以下步驟：

短路點位于換流電容器充電完成后的高壓側時，且初始狀態為短路開斷過程已經完成，但不能確定短路故障是否排除，主斷路器、第一后備斷路器以及換流開關均處于斷開狀態，電路中沒有電流流過，如果系統需要恢復正常狀態，則進行以下步驟：

步驟1：外部電源給換流電容器充電，換流電容器充電完成后，斷開外部電源與換流電容器的充電線路，然后判定短路故障是否清除，若清除，則系統正常運行，直至系統發生短路故障時繼續以下步驟；若未清除，則繼續以下步驟；

步驟2：打開主斷路器，待主斷路器電極間距達到設定值時，閉合換流開關，換流電容器開始放電，產生迭加在主斷路器電流上的反向振蕩電流，反向振蕩電流第一個半波方向與主斷路器電流方向相反，強迫主斷路器電流過零關斷，主斷路器兩端開始出現恢復電壓；

步驟3：當主斷路器兩端恢復電壓上升至避雷器動作電壓后，避雷器動作，換流支路中電流開始轉移至避雷器；

步驟4：當換流支路中電流完全轉移至避雷器后，避雷器中電流開始下降，換流開關仍處于導通狀態，避雷器中電流與換流支路中電流均發生振蕩并逐漸衰減，當避雷器中電流衰減至零后，避雷器電流關斷，母線電流完全轉移至換流支路，母線電流開始發生振蕩；

步驟5：經過步驟4后，打開第一后備斷路器，母線電流關斷，第一后備斷路器和換流開關斷開；

步驟6：換流開關斷開后，換流電容器通過自身的放電電路放電。

上述基于人工過零的雙向直流開斷電路的開斷方法，包括以下步驟：

短路點位于換流電容器充電完成后的低壓側時，且初始狀態為短路開斷過程已經完成，但不能確定短路故障是否排除，主斷路器、第一后備斷路器以及換流開關均處于斷開狀態，電路中沒有電流流過，如果系統需要恢復正常狀態，則進行以下步驟：