[發明專利]一種超導限流式低損耗混合直流斷路器及其開斷電流方法

在審

• 申請號: 201810243930.8
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108288849A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 劉志遠;張海霞;王建華;耿英三;王君海
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;河北電力裝備有限公司
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H3/087;H02H3/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明涉及一種超導限流式低損耗混合直流斷路器及其開斷電流方法，該直流斷路器由機械開關型通流支路、限流型能量轉移支路、能量吸收支路及進線端A1和出線端A2構成；其中機械開關支路由快速機械開關組成，其操動機構為快速斥力機構，滅弧方式采用外施高頻旋轉橫向磁場結構，具有直流開斷能力，電弧電壓高，使電流在正常通流情況下，基本無導通損耗；限流型能量轉移支路由電力電子開關與限流器串聯組成；能量吸收支路由避雷器構成；本發明還公開了該直流斷路器開斷電流的方法；本發明在故障電流出現后能快速開斷，對故障電流的上升率進行限制，可在正常通流情況下損耗小。

技術領域

本發明涉及一種超導限流式低損耗混合直流斷路器及其開斷電流方法，可用于直流供電系統中，如軌道牽引系統，船舶供電系統以及直流輸電網中。

背景技術

直流供電系統中，短路電流峰值高，短路電流上升速率快，傳統的機械式斷路器受自身結構特點和直流系統電流無過零點的限制，使其關斷故障電流時間較長甚至關斷失敗。

近年來全控型電力電子器件發展迅速，其分斷時間短且分斷過程無電弧，但是其通態情況下損耗大發熱嚴重，影響著其應用范圍。利用全控型電力電子開關與機械開關相結合來開斷直流系統短路故障電流的方法引起越來越多人的關注。但目前用于商業化的混合式直流斷路器大部分為強制換流型，換流支路選擇多只全控型電力電子開關串并聯組成，結構和控制復雜；在額定通流支路使用機械開關和全控型電力電子開關器件，增大斷路器在額定工作時的導通損耗。因此研制低損耗，可靠性高的混合式直流斷路器成為迫切需要。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種超導限流式低損耗混合直流斷路器及其開斷電流方法，機械開關型通流支路I完成正常通態電流，全控型電力電子開關2與限流器3配合組成限流型能量轉移支路II，限制故障電流，多余能量消納由能量吸收支路III完成；能夠實現正常通態損耗低、切斷短路故障時間短、整機耗能低、成本低等優點。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種超導限流式低損耗混合直流斷路器，包括相并連的機械開關型通流支路I、限流型能量轉移支路II和能量吸收支路III，還包括連接在并聯支路兩端的進線端A1和出線端A2。

所述機械開關型通流支路I由快速機械開關1組成，其操動機構為快速斥力機構，滅弧方式采用外施高頻旋轉橫向磁場結構，具有直流開斷能力，電弧電壓高，使電流在正常通流情況下，無導通損耗。

所述快速機械開關1包括真空滅弧室11、真空滅弧室11的操動機構12以及外部旋轉磁場發生裝置組成；所述外部旋轉磁場發生裝置由n對空間上對稱布置于真空滅弧室11周圍的線圈單元13組成；每對線圈單元13中通過具有一定相位差的電流i₁、i₂…i_n。

每對線圈單元13由兩個相對的線圈串聯而成，每個線圈由外包絕緣漆皮的導體多層繞制而成。

所述能量吸收支路III由避雷器4構成，用于吸收開關關斷后線路中的剩余能量。

所述限流型能量轉移支路II由全控型電力電子開關2和限流器3相串聯構成。

所述限流器3采用超導帶材。

所述超導帶材的選擇與全控型電力電子開關2存在配合關系，滿足超導帶材由超導態到電阻態的轉換時間和全控型電力電子開關2通態能力的匹配。

所述全控型電力電子開關2為IGBT或IEGT。