[發明專利]一種基于渦流自觸發的模塊化多電平換流器直流側斷路器

有效

• 申請號: 201610188609.5
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105762036B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 梅軍;王創;馬天;繆惠宇;丁然
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01H71/40
• 分類號: H01H71/40;H02H7/26;H02J3/36
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 黃成萍

技術領域

本發明涉及一種基于渦流自觸發的模塊化多電平換流器直流側斷路器，屬于電力系統輸配電技術。

背景技術

柔性直流輸電技術為解決大型風電場等可再生能源的并網瓶頸，為城市高壓電網的增容改造、電網互聯及孤島供電提供了新手段和技術方案，具有較強的技術優勢，是改變大電網發展格局的戰略選擇，已列入《國家能源科技“十二五”規劃》高性能輸變電關鍵設備，是需要重點技術攻關的重大技術裝備。

由于柔性直流輸電是從常規直流輸電的基礎上發展起來的，因此除了常規直流輸電技術所具有的優點，柔性直流輸電較之常規直流輸電還具有緊湊化、模塊化設計，易于移動、安裝、調試和維護，易于擴展和實現多端直流輸電等優點。

直流輸電中，直流故障限流技術是一大難點，國內外限流技術主要有磁性元件限流、超導限流、固態限流、PTC電阻限流等，但是大部分都是基于交流系統的過零或者工頻諧振特性，不適用于直流系統。故直流限流往往采用加裝直流斷路器的方法，其原理是通過外部檢測電路對直流電流進行檢測，當電流越限時，驅動電路產生控制信號控制固態電力電子電路實現對直流電路的關斷。

上述直流斷路技術由檢測環節，驅動控制環節和開關環節組成，由于包含環節數較多，并且采用了外部檢測方式，以及開關環節電力電子電路自身成本的因素，這種直流斷路器普遍存在反應速度不快，造價偏高，維護不方便的問題。

因此，需要設計一種新型直流斷路器，提升反應速度，降低制造成本。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于渦流自觸發的模塊化多電平換流器直流側斷路器，無需外部或內部檢測環節，利用橋臂電流在電感中產生變化的磁場，過流時導致梯形雙金屬片上渦流的熱效應導致形變，從而自觸發斷路器的關斷，與現有的直流斷路器工作方式截然不同。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于渦流自觸發的模塊化多電平換流器直流側斷路器，包括換流器上任意一個橋臂電感和感應渦流觸發機構，所述感應渦流觸發機構包括梯形雙層金屬片，所述橋臂電感位于梯形雙層金屬片的正下方；所述梯形雙層金屬片為上下兩層結構，上層為被動層，下層為主動層，主動層的膨脹系數比被動層的膨脹系數大；

梯形雙層金屬片相互平行的兩條底邊中，上底邊的長度小于下底邊的長度，上底邊和下底邊分別與直流母線一個斷口的兩端連接：上底邊作為固定端，通過金屬圓柱固定在直流母線斷口的一端；下底邊作為活動端，梯形雙層金屬片正常溫度時下底邊與直流母線斷口的另一端彈性接觸，梯形雙層金屬片溫度升高達預警值時下底邊向上彎曲與直流母線斷口的另一端不接觸。

本發明的斷路器采用自觸發的方式工作，當直流電路發生電流驟然越限，換流器的橋臂電流變化過快會導致直流母線電壓過高，電流變化量大使得橋臂電感產生較強磁場，進而導致橋臂電感上方的梯形雙層金屬片產生渦流，渦流熱效應會引發梯形雙層金屬片變形，最終觸發直流電路狀態發生改變。

梯形雙層金屬片的材料可以分為6種：①通用型：適用于多種用途和中等溫度范圍，有較高的靈敏度和強度；②高溫型：適合于在300℃以上工作，有較高強度和良好的抗氧化性能；③低溫型：適合于在0℃以下工作；④電阻型：有高低不同的電阻率可供選用，適用于各種小型化、標準化的電器；⑤高靈敏型：具有高靈敏度、高電阻等特性；⑥耐腐蝕型：有良好的耐腐蝕性，適合于在腐蝕性的媒質中作用。

一般來說，要求主動層的膨脹系數比被動層的膨脹系數大8倍以上即可，舉例說：主動層的材料為Mn75％、Ni15％和Cu10％的合金材料，或者Ni20％、Mn6％和Fe74％的合金材料，這兩種合金材料在20～100℃內的膨脹系數分別為27×10^-6/℃和20×10^-6/℃；被動層的材料為Ni36％和Fe64％的合金材料，或者Ni42％和Fe58％的合金材料，這兩種合金材料在20～100℃內的膨脹系數均為(1.8～4.8)×10^-6/℃。

優選的，所述梯形雙層金屬片的上層為殷鋼，下層為高錳合金，殷鋼厚度和高錳合金厚度相等，高錳合金的膨脹系數是殷鋼的十倍以上，上層殷鋼作為被動層，下層高錳合金作為主動層；在正常溫度下，下底邊與直流母線斷口的另一端彈性接觸，電路接通；當溫度升高達預警值時，下底邊向上彎曲與直流母線斷口的另一端不接觸，電路斷開。