[發明專利]一種基于中頻轉移電流的高壓直流真空斷路器

無效

• 申請號: 201410513909.7
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104282481A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 鄒積巖;段雄英;劉曉明;董文亮
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01H33/66
• 分類號: H01H33/66
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術領域

本發明屬于高壓電力開關領域，是一種可實用化的高壓直流真空斷路器技術，用于直流電力系統的開斷與控制。

背景技術

目前，高壓直流開關領域有兩種新型高參數開關：真空開關和SF6開關。SF6開關絕緣性能好，但其泄露的廢氣對人體有害，并有溫室效應，開斷能力有一定的限制。真空開關開斷性能好，中頻開斷能力強，但是需要采用電流轉移技術，有成本和可靠性要兼顧的問題。電流轉移回路實質上是一個中頻電流發生回路，在保證真空開關開斷能力的前提下，頻率的選擇直接與系統成本相關。此外，為保證開關的成功開斷，參數設計還要選擇合適的冗余度。

發明內容

本發明提供了一種基于中頻轉移電流的高壓直流真空斷路器，以實現可替代SF6開關的低成本、高可靠性高壓直流真空斷路器。本發明在現有的真空開關技術基礎上設計一定參數的轉移回路，組成可工業實現的高壓直流真空斷路器。一定參數的轉移回路與一中頻真空開關并聯，轉移回路中預先充電的轉移電容器和轉移電抗器串聯，當中頻真空開關分閘、轉移投入開關閉合時產生一與中頻真空開關中系統電流反向的中頻轉移電流，在中頻真空開關中形成電流零點，使之過零開斷。根據中頻真空開關的中頻開斷能力和轉移電流頻率，可以給出冗余設計，求出可靠性與成本的關系。

本發明解決技術問題采用的技術方案如下：

一種基于中頻轉移電流的高壓直流真空斷路器，其特征是：包括轉移回路、中頻真空開關和避雷器，轉移回路由預充電的轉移電容器、轉移電抗器和轉移投入開關串聯組成；轉移回路并聯中頻真空開關，中頻真空開關并聯的避雷器；轉移電容器的參數分別為160μF，轉移電抗器的參數分別為160μH；中頻真空開關和轉移投入開關的工作電壓都是3kV—30kV。

所述的高壓直流真空斷路器，其分斷能力和可靠性冗余度均在1.5-2，轉移電流峰值的冗余度在1.2-1.5，實現相對低的轉移回路成本。

本發明的效果是低成本實現高壓直流開斷，在中高電壓等級的直流電力系統中應用先進的真空開關技術取代目前有溫室效應的SF6開關。由于采用頻率優化技術，可解決常規轉移回路的設計問題以及可靠性與冗余問題。該技術涉及的高壓直流真空斷路器結構簡單、工業實現方便，運行可靠、壽命長，并不受外界環境干擾，通過裝置的同步控制，可實現3kV以上高壓直流電力系統的開斷。

附圖說明

圖1是高壓直流真空斷路器的電路示意圖。

圖2是高壓直流真空斷路器的典型結構圖。

圖中：1轉移電容器；2轉移電抗器；3中頻真空開關，4轉移投入開關，5避雷器；6中頻真空開關/轉移投入開關聯動本體；7電容器組箱體；8氧化鋅避雷器；9電抗器本體；10開關端子；

I0轉移電流；I系統電流；

具體實施方式

預先充電的轉移電容器1和轉移電抗器2串聯組成轉移回路，一定參數的轉移回路與一中頻真空開關3并聯，當真空開關3分閘、轉移投入開關4閉合時產生一與真空開關中系統電流I反向的中頻轉移電流I0，中頻真空開關3中形成電流零點，使之電流過零開斷。分斷后轉移回路中的剩余能量由避雷器5吸收，從而完成開斷過程。一定參數范圍的轉移電容器1和轉移電抗器2可以保證可靠開斷和低成本，參數選取的另一個依據為設計冗余。

下面結合附圖和實施例對本發明的結構和實施步驟做詳細說明。

參照圖1，當高壓直流電流從開關端子10經過閉合狀態的中頻真空開關3，轉移投入開關4處于斷開狀態，轉移電容器1和轉移電抗器2串聯組成轉移回路完成預充電，裝置處于準備狀態。當斷路器接到分閘指令后，真空開關3分閘、轉移投入開關4閉合，預先充電的轉移電容器1和轉移電抗器2串聯組成轉移回路產生一與真空開關中系統電流I反向的中頻轉移電流I0，中頻真空開關3中形成電流零點，使之電流過零開斷。分斷后轉移回路中的剩余能量由避雷器5吸收，從而完成開斷過程。轉移電容器1和轉移電抗器2的參數選取，可保證裝置的可靠開斷，并具有一定的冗余。

本發明最佳實施例如下。在一12kV/10kA的高壓直流斷路器應用中，中頻真空開關3的分斷與轉移投入開關4的閉合同桿聯動，轉移電容器1預先充電至系統電壓，按轉移電流峰值為額定開斷電流的1.2倍、頻率1kHz配置轉移回路，則可求出轉移電容器1和轉移電抗器2的參數分別為160μF和160μH。不計電弧損耗，ZnO避雷器要吸收的剩余能力約8kJ。如果選用的真空開關有分斷10kA/2kHz，或20kA/1kHz的能力，我們則得到2倍冗余的高壓直流斷路器。按這些參數可配置10kV等級高壓直流斷路器模塊，精確控制的若干模塊串聯，可以完成更高電壓等級的直流電力系統的開斷。