[發(fā)明專利]基于液體電弧電壓轉(zhuǎn)移的混合式直流斷路器及其使用方法

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• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN109936123A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳益飛;楊飛;吳翊;榮命哲;易強(qiáng);紐春萍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H3/087
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發(fā)明公開了一種基于液體電弧電壓轉(zhuǎn)移的混合式直流斷路器及其使用方法，混合式直流斷路器包括第一接入端、第二接入端、主電流支路、轉(zhuǎn)移支路和耗能支路，所述轉(zhuǎn)移支路包括固態(tài)開關(guān)，混合式直流斷路器電流通流時(shí)，所述主電流支路通過電流，轉(zhuǎn)移支路和耗能支路不導(dǎo)通，混合式直流斷路器發(fā)生短路故障時(shí)，液體斷口打開預(yù)定距離后，固態(tài)開關(guān)導(dǎo)通，電流轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移支路，固態(tài)開關(guān)斷開產(chǎn)生過電壓以強(qiáng)制轉(zhuǎn)移電流至耗能支路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及混合式直流斷路器技術(shù)領(lǐng)域，特別是基于液體電弧電壓轉(zhuǎn)移的混合式直流斷路器及其使用方法。

背景技術(shù)

隨著電力系統(tǒng)容量的不斷提升，直流輸變電系統(tǒng)及設(shè)備蓬勃發(fā)展，同時(shí)也對系統(tǒng)穩(wěn)定和安全提出了更高的要求。在電力系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生的各種故障里面，對于電網(wǎng)危害最大、發(fā)生概率很高的就是短路故障。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障后，快速上升的短路電流會(huì)造成十分嚴(yán)重的后果，因此，具備故障隔離和切除功能的直流斷路器對于實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行不可或缺。

混合式直流斷路器結(jié)合了快速機(jī)械開關(guān)通流損耗低和固態(tài)開關(guān)電流關(guān)斷速度快的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)直流故障的快速切除，是目前直流開斷領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的混合型直流斷路器利用真空、SF6或N2等氣體介質(zhì)作為斷口絕緣介質(zhì)，存在斷口電弧電壓低、弧后介質(zhì)恢復(fù)性能差、斷口串聯(lián)數(shù)量多等瓶頸問題；同時(shí)，由于斷口電弧電壓低，開斷過程需要輔助的電力電子器件或者預(yù)充電電容來實(shí)現(xiàn)電流轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致開斷過程復(fù)雜，嚴(yán)重制約了直流斷路器開斷能力和可靠性的提升。針對現(xiàn)有混合式直流斷路器斷口性能不足的問題，本發(fā)明提出了一種基于液體絕緣介質(zhì)的混合式斷路器斷口設(shè)計(jì)方案，利用液態(tài)介質(zhì)顯著的流動(dòng)、熱傳導(dǎo)等物理屬性，其開斷過程的電弧電壓幅值和弧后介質(zhì)絕緣恢復(fù)能力遠(yuǎn)高于氣體和真空電弧，可以實(shí)現(xiàn)電流快速轉(zhuǎn)移，省去輔助轉(zhuǎn)移電力電子器件和預(yù)充電電容，減少斷口串聯(lián)數(shù)量，在提升開斷容量和可靠性的同時(shí)可以顯著降低直流斷路器的成本和體積。

在背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足或缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于液體電弧電壓轉(zhuǎn)移的混合式直流斷路器及其使用方法。通利用液態(tài)介質(zhì)顯著的流動(dòng)、熱傳導(dǎo)等物理屬性，提升開斷過程電弧電壓幅值和弧后介質(zhì)絕緣恢復(fù)能力遠(yuǎn)高于氣體和真空電弧，進(jìn)而有助于電流快速轉(zhuǎn)移，提升斷口絕緣耐壓能力，減少斷口串聯(lián)數(shù)量，提升開斷容量和可靠性，顯著降低混合式直流斷路器的成本和體積，使得直流斷路器獲得更強(qiáng)的開斷能力和更高的斷口絕緣強(qiáng)度。

具體的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于液體電弧電壓轉(zhuǎn)移的混合式直流斷路器包括，

第一接入端，其配置成混合式直流斷路器的進(jìn)線，

第二接入端，其配置成混合式直流斷路器的出線，

主電流支路，其連接在所述第一接入端和第二接入端之間，所述主電流支路包括液體斷口，

轉(zhuǎn)移支路，其連接在所述第一接入端和第二接入端之間且并聯(lián)所述主電流支路，所述轉(zhuǎn)移支路包括固態(tài)開關(guān)，

耗能支路，其連接在所述第一接入端和第二接入端之間且并聯(lián)所述主電流支路和轉(zhuǎn)移支路，其中，

混合式直流斷路器電流通流時(shí)，所述主電流支路通過電流，轉(zhuǎn)移支路和耗能支路不導(dǎo)通，混合式直流斷路器發(fā)生短路故障時(shí)，液體斷口打開預(yù)定距離后，固態(tài)開關(guān)導(dǎo)通，電流轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移支路，固態(tài)開關(guān)斷開產(chǎn)生過電壓以強(qiáng)制轉(zhuǎn)移電流至耗能支路。

所述的混合式直流斷路器中，所述過電壓大于耗能支路的導(dǎo)通閾值。

所述的混合式直流斷路器中，所述主電流支路包括液體斷口、真空斷口、氣體斷口的串并聯(lián)組合。

所述的混合式直流斷路器中，所述主電流支路包括液體斷口和串聯(lián)的二極管組件。