[發明專利]一種混合型直流斷路器及其分斷方法

在審

• 申請號: 201710414497.5
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107171279A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 胡楊;郭安祥;易強;張含天;蘇揚;劉子瑞;郭佳豪;吳翊
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網陜西省電力公司電力科學研究院;西安交通大學
• 主分類號: H02H3/087
• 分類號: H02H3/087;H02H3/10;H02H3/02
• 代理公司: 北京華創博為知識產權代理有限公司11551
• 代理人: 張波濤,管瑩

技術領域

本發明涉及混合型直流斷路器及其分斷方法，特別是一種通過多個混合式直流斷路器模塊串聯實現高電壓等級領域的應用。

背景技術

直流輸配電系統相比于傳統的交流輸配電系統具有以下優勢：更窄的輸電走廊，輸電容量大，輸電損耗更低，直流電網相比于交流電網，不存在穩定性問題，沒有諧波，潮流更加容易控制。但是由于直流系統不存在自然過零點，形成斷口之后，電弧無法熄滅，必須人工制造電流過零點，使電弧熄滅。由高速機械開關與大功率半導體器件組成的混合式直流斷路器具有通流容量大、關斷速度快、限流能力強等優點，已經成為直流開斷領域的研究熱點。現階段直流系統從1.8kV到幾十千伏電壓不等，同種拓撲結構無法適應不同電壓等級的直流開斷任務，另一方面隨著電壓等級的增加，單斷口的直流斷路器絕緣設計更加復雜。

在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發明背景的理解，因此可能包含不構成在本國中本領域普通技術人員公知的現有技術的信息。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足或缺陷，本發明的目的在于提供一種中壓混合式直流斷路器及其控制方法。該斷路器由多個完全相同的斷路器模塊組成，可以根據系統的電壓等級需求，選取組裝串聯多個單級斷路器模塊，可以實現適應不同電壓等級需求的任務。同時，隨著電壓等級的提升，多個單級斷路器模塊的串聯可以解決隨著電壓等級提高，單斷口無法解決的絕緣問題。

本發明的目的是通過以下技術方案予以實現。

本發明的一方面，一種混合型直流斷路器由n個完全相同的單級斷路器模塊串聯組成，其中C1到Cn+1為n+1個單級斷路器模塊系統接入端，其中所述單級斷路器模塊包括主電流回路，電流轉移支路、過電壓限制支路、在線監測系統和單級斷路器模塊的接入端Ci、Ci+1，其中1≤i≤n，且主電流回路、轉移電流支路以及過電壓限制支路并聯。

所述主電流回路由高速機械開關和功率二極管VD1串聯組成，其中：

所述接入端Ci+1連接所述功率二極管VD1的正極以便實現所述接入端Ci+1與所述主電流回路的另一端的連接；

所述接入端Ci連接所述高速機械開關的一端以便實現所述接入端Ci與所述主電流回路一端的連接。

所述電流轉移支路包括晶閘管組件VT1，振蕩電感L和轉移電容C，其中，晶閘管組件VT1正極和接入端Ci相連，晶閘管組件VT1負極和振蕩電感L相連，振蕩電感L另一端和轉移電容C相連，轉移電容C另一端和接入端Ci+1相連接，其中與接入端相連接的轉移電容C極柱一端充正電。

在線監測系統包括用于測量流經所述接入端Ci、Ci+1電流的電流傳感器D0、用于測量流經主電流回路的電流傳感器D1、用于測量流經電流轉移支路中電路的電流傳感器D2、用于測量流經過電壓限制支路的電流傳感器D3、用于測量斷路器環境溫度傳感器D4、高速機械開關的開關兩端電壓傳感器Vhss、用于測量轉移電容兩端電壓狀態的電壓傳感器Vc、高速機械開關的開關位移傳感器Pd、信號調理電路、高速AD、處理器、人機交互界面和通信模塊，所述處理器完成系統電流、主電流回路的電流和電流轉移支路電流的幅值及變化率di/dt的計算，所述人機交互界面實時顯示混合型直流斷路器狀態及計算結果。

正常工作狀態下，電流從所述主電流回路流過，轉移電容C設有預定的預充電壓值，且電壓方向與所述主電流回路的導通壓降方向相反，所述電流轉移支路中晶閘管VT1處于關斷狀態，當在線監測系統監測到直流系統狀態異常或收到分閘指令時，所述在線監測系統向高速機械開關發出分閘指令，高速機械開關開始動作，觸發晶閘管組件VT1，完成電流過零以實現開斷。

在所述的混合型直流斷路器中，所述高速機械開關為基于電磁斥力的高速機械開關、基于高速電機驅動的機械開關或基于爆炸驅動的高速機械開關。

在所述的混合型直流斷路器中，所述過電壓限制支路的設計參數包括電壓限制電路容量、導通電壓閾值、達到導通電壓時的電流、最高限位電壓以及處于最高限位電壓時的電流。

在所述的混合型直流斷路器中，所述過電壓限制支路在斷路器正常運行情況下處于截止狀態，漏電流小于0.5μA；所述過電壓限制支路的導通電壓閾值為所述斷路器所處的系統電壓的1.75倍。

在所述的混合型直流斷路器中，所述過電壓限制支路包括線路型金屬氧化物避雷器、無間隙線路型金屬氧化物避雷器、全絕緣復合外套金屬氧化物避雷器或可卸式避雷器中的任意一個或多個的組合。