[發明專利]一種雙向分斷的混合式斷路器及其開斷方法

有效

• 申請號: 201710415079.8
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107086541B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 郭安祥;胡楊;蘇揚;易強;郭佳豪;張含天;劉子瑞;楊飛
• 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;H02H9/04
• 代理公司: 11760 北京前審知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳姍姍

1.一種雙向分斷的混合式斷路器，所述斷路器包括主電流回路、電流轉移支路、過電壓限制支路、在線監測系統、控制系統、出線端C1和出線端C2，并且主電流回路、電流轉移支路以及過電壓限制支路并聯，其特征在于：

(1)所述主電流回路由出線端C1、高速機械開關和出線端C2串聯組成；

(2)所述電流轉移支路包括支路1、支路2和振蕩支路，其中，支路1由半控型功率半導體器件VD1和半控型功率半導體器件VD2正極串聯組成，支路2由半控型功率半導體器件VD3和半控型功率半導體器件VD4負極串聯組成，振蕩支路由預充壓的轉移電容C和振蕩電感L1組成，其中：

(A)所述支路1兩端并聯在高速機械開關兩端，實現所述電流轉移支路和主電流回路的并聯，并且所述支路1中半控型功率半導體器件VD1和VD2的正極相連接的一端和振蕩支路中振蕩電感L1一側相連；

(B)所述支路2兩端并聯在高速機械開關兩端，從而實現所述電流轉移支路和主電流回路的并聯，并且：

所述振蕩支路的轉移電容C一側和支路2的半控型功率半導體VD3和VD4的正極相連接的一端相連接；

(C)所述振蕩支路中的轉移電容C靠近與支路2連接處的電容極柱充負電，另一端充正電；

(D)所有半控型功率半導體器件均為單向導通的半控型功率半導體器件,所述半控型功率半導體器件VD1、VD2、VD3和VD4為GTO、晶閘管、IGBT的任意一個或者多個的組合；

(3)在線監測系統包括用于測量系統電流狀態的電流傳感器D0、用于測量主電流回路的電流狀態電流傳感器D1、用于測量電流轉移支路的電流狀態的電流傳感器D2、用于測量過電壓限制電路的電流狀態電流傳感器D3、用于測量高速機械開關的斷口電壓的電壓傳感器Vhss、用于測量轉移電容C兩端電壓狀態的電壓傳感器Vc、用于測量高速機械開關的運動狀態的位移傳感器P和斷路器環境溫度傳感器T1；

(4)所述控制系統包括信號調理電路、高速AD、處理器、人機交互界面和通信模塊，所述系統電流大小和流向、所述主電流回路的電流，電流轉移支路電路的電流、過電壓限制支路的電流、高速機械開關斷口電壓、轉移電容電壓幅值和/或高速機械開關位移的數值經過信號調理電路和高速AD濾波放大處理后輸入處理器計算，所述處理器計算支路1或支路2的電流的幅值及變化率di/dt，控制系統基于計算結果進行高速機械開關和半控型功率半導體器件控制，所述人機交互界面實時顯示所述斷路器狀態及計算結果，所述通信模塊向上級系統發送故障波形和接收上級控制系統的控制命令,所述處理器包括存儲器，所述存儲器包括一個或多個只讀存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM、快閃存儲器或電子可擦除可編程只讀存儲器EEPROM；

當系統電流方向從C1到C2時，通過控制系統計算所述主電流回路的電流幅值和變化率以及所述電流轉移支路中電路1的電流幅值和變化率控制所述高速機械開關和電流轉移支路中的半控型功率半導體器件VD1至VD4動作，當系統電流方向從C2到C1時，通過控制系統計算所述主電流回路的電流幅值和變化率以及所述電流轉移支路中電路2的電流幅值和變化率控制所述高速機械開關和電流轉移支路中的半控型功率半導體器件VD1至VD4動作；

系統正常通流狀態下，系統電流從所述主電流回路流過，轉移電容C上有一定的預充電壓，電流轉移支路所有的半控型功率半導體器件均未被觸發，電流轉移支路沒有電流，過電壓限制支路導通閾值比系統電壓低，過電壓限制支路沒有電流流過，當發生短路故障時或控制系統收到上級控制系統的分閘指令時，控制系統發出分閘指令，控制系統向高速機械開關發出分閘動作指令，高速機械開關開始動作，然后依照所述在線監測系統返回的數據，控制系統基于斷路器電流的流向以特定的時序觸發半控型功率半導體器件VD1-VD4，完成電流強制過零，實現開斷，

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，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，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，所述控制系統包括處理器，所述處理器為通用處理器、數字信號處理器、專用集成電路ASIC或現場可編程門陣列FPGA。