[發明專利]基于真空與SF6滅弧室串聯的高壓直流斷路器

有效

• 申請號: 201810185215.3
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN110224379B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 程顯;葛偉國;程子霞;楊培遠;吳啟亮
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H01H33/664;H01H33/666
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明專利涉及基于真空與SF6滅弧室串聯的高壓直流斷路器，真空斷路器VIU和SF6斷路器GIU串聯構成主開關，振蕩電路包括正向和負向振蕩電路，若是正向故障電流，主開關快速分閘后并觸發導通正向振蕩電路，引入中頻振蕩電流疊加到主開關上，為主開關創造電流零點，觸發正向串聯晶閘管組件SCR2導通，反向TRV通過高壓續流支路導通，當高壓續流支路電流過零后，串聯晶閘管組件SCR2過零關斷，正向TRV時間到主開關和高壓續流支路兩端，分壓電阻實現真空與SF6斷口的動態電壓分布與動態介質恢復強度協同效應，TRV電壓達到避雷器的設置電壓后，避雷器開始工作，電流開始由振蕩電路向避雷器支路轉移；并由隔離開關DS斷開，實現直流故障電流的開斷。

技術領域

本發明屬于高壓直流斷路器領域，涉及一種基于真空與SF6斷路器串聯作為主開關，綜合高壓續流支路創造“電壓零休”和動態介質恢復協同控制等關鍵技術的新型混合式高壓直流斷路器。

背景技術

多端直流輸電系統、直流輸配電網等是未來電網發展趨勢與方向，高壓直流電網在大容量遠距離輸電、新能源的并網及消納和互聯大電網等方面具有優勢，同時，高壓直流電網的工程應用面臨一系列關鍵技術問題，其中之一是高壓直流斷路器研制。

目前高壓直流斷路器的開斷方式大體上分為3類：自激振蕩、強迫過零及電力電子器件與機械開關并聯的混合式直流開斷。其中以強迫過零與混合式直流斷路器為國內外研究的主要熱點。在混合式直流斷路器方面，2012年ABB研制了基于高速隔離開關與IGBTs并聯的HVDC斷路器，其額定電壓80kV，額定電流2kA，開斷電流9kA，開斷時間5ms，同時基于模塊串聯，提出了320kV混合式高壓直流斷路器方案。2014年，Alstom公司研制出了120kV/5ms/7.5kA混合式高壓直流斷路器樣機。2015年，國家電網智能電網研究院研制出了200kV/3ms/12kA混合式高壓直流斷路器樣機。在強迫過零開斷領域，1984年日本東芝公司提出了基于真空與SF6滅弧室串聯作為主開斷單元的強迫過零方式的高壓直流斷路器，并研制了250kV、1200A實驗樣機。近年日本三菱公司，研制了額定電壓80kV、開斷電流16kA(開斷時間10ms)的機械式強迫過零直流斷路器。ABB研究了80kV、10.5kA直流斷路器(開斷時間5ms)。西電公司、西安交通大學等在2014年研制了55kV、16kA、5ms的直流斷路器單元，并串聯構成了110kV、12kA、4.6ms的直流斷路器樣機。大連理工大學鄒積巖團隊提出了機械聯動的15kV、10kA直流斷路器模塊。

在強迫過零直流開斷方面，真空開關具有動態介質恢復速度快、適用于中高頻開斷的特點，但其動態絕緣強度存在飽和效應，商業成熟應用的單斷口真空斷路器電壓等級只能達到72.5kV，高壓領域(110kV)的應用需要采用多斷口串聯技術，串聯真空滅弧室較多，控制復雜，可靠性降低。傳統的機械式強迫過零直流斷路器模塊電壓等級較低，超特高壓直流應用串聯模塊較多，而機械開關與電力電子并聯的混合式直流斷路器，電力電子器件串并聯個數較多，成本高，控制復雜。

發明內容

本發明專利針對上述缺陷，提出采用真空與SF6斷路器作為主開斷開關可以實現更高的電壓等級，充分利用真空介質恢復速度快和SF6介質恢復強度高的優勢，發揮兩者的動態電壓分布與動態介質恢復強度協同增益效果。同時引入高壓續流支路為主開關創造“電壓零休”，以獲得更長的動態介質恢復時間。整機主開關由真空斷路器與SF6斷路器串聯構成，分別采用10kV、35kV真空斷路器與35kV、110kV、220kV的SF6斷路器串聯作為主開關構成50kV、150kV、200kV等系列高壓直流斷路器模塊。由于SF6斷路器的介質恢復強度可以得到較高，采用真空斷路器與SF6斷路器串聯相比于多斷口真空斷路器技術可以實現更高電壓等級的直流斷路器模塊。