[發明專利]一種熔斷式直流斷路器及其控制方法

有效

• 申請號: 202010057189.3
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111211543B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 楊景剛;楊騉;郭佳豪;黃強;劉洋;趙科;蘇偉;秦劍華;劉瑞煌;車凱;馬勇;賈勇勇;李洪濤;劉詠飛;王靜君;劉媛;宋思齊;李玉杰;肖焓艷
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司;國網江蘇省電力有限公司;東南大學;江蘇省電力試驗研究院有限公司
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H3/087
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種熔斷式直流斷路器及其控制方法，包括主支路、分斷支路、耗能支路、保護支路和熔斷器，主支路、分斷支路、耗能支路、保護支路并聯連接之后與熔斷器串聯連接；主支路包括機械開關；分斷支路包括電力電子器件；保護支路包括用于保護電力電子器件的真空觸發間隙；熔斷器用于隔離極限短路故障。本發明通過主斷口串聯直流快速熔斷器，分斷支路并聯真空觸發間隙，混合式斷路器本體負責開斷使用較多的單極接地故障及以下的電流分斷，熔斷器完成單極接地故障電流以上的故障隔離，同時為了避免快斷過程中出現單極轉雙極等故障惡化超出斷路器分斷能力的情況，利用真空觸發間隙保護電力電子器件。

技術領域

本發明涉及一種斷路器，具體涉及一種熔斷式直流斷路器及其控制方法。

背景技術

直流電網可以有效解決城市供電走廊緊張，新能源消納困難，負荷容量大以及隨著產業升級對供電質量需求高的問題。但是由于直流電網的短路電流上升速度快，峰值高，不存在自然過零點，直流斷路器相比于傳統交流斷路器，設計難度大。正常工作狀態下，直流斷路器需要承載和分斷系統額定電流，投切系統支路；在短路故障發生時，能夠快速分斷故障支路，并吸收存儲在故障支路電感中的能量，抑制系統過電壓。常用的中壓直流斷路器包括純固態直流斷路器、機械式直流斷路器和混合式直流斷路器。純固態直流斷路器額定電流從電力電子器件流過，發熱功率較大，電能損失較大；混合式直流斷路器由高速機械開關、電力電子支路、避雷器并聯組成，其中，高速機械開關需要能夠在2-3ms內拉開，提供足夠的絕緣開距，電力電子支路需要具備分斷短路電流的能力，避雷器需要吸收系統短路能量，整體對器件能力要求較高。

直流斷路器需要分斷系統負荷電流、單極短路故障電流和雙極短路故障電流。雙極故障的故障電流水平相較系統負荷電流和單極短路故障電流高出一倍以上，但發生概率相對較小。現有配電系統的混合式斷路器，開斷能力需要覆蓋負荷電流、單極接地故障電流、雙極短路故障最大故障電流。混合式斷路器的電力電子器件需要按照最大雙極短路電流配置，避雷器需要按照最大雙極短路電流分斷能量來配置，這種配置方式會造成電力電子器件以及避雷器等器件的投資大大增加，影響直流電網的經濟性。

同時，單極接地故障有可能會轉化為雙極短路故障，比如單極接地故障的電弧使電纜外皮融化，引起雙極短路。在斷路器分斷單極接地故障時，故障突然轉化為雙極短路故障，短路電流水平會迅速增加，超出斷路器的分斷能力，會危害斷路器和電網設備安全。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種制造成本低，避免在開斷過程中因故障擴大對電力電子器件造成損毀的熔斷式直流斷路器；本發明的另一目的在于提供一種分斷單極接地故障、雙極短路故障的熔斷式直流斷路器的控制方法

技術方案：本發明的熔斷式直流斷路器，包括一個主支路、一個分斷支路、一個耗能支路、一個保護支路和熔斷器，其中，主支路、分斷支路、耗能支路、保護支路并聯連接，主支路、分斷支路、耗能支路、保護支路并聯連接之后與熔斷器串聯連接；所述主支路包括機械開關；所述分斷支路包括電力電子器件；所述保護支路包括用于保護電力電子器件的真空觸發間隙；所述熔斷器用于隔離極限短路故障。

所述熔斷器為直流快速熔斷器；具有額定通流損耗小，快速響應的特性。

所述直流快速熔斷器的保護特性設定為在系統單極接地故障的最大電流以上動作，且1ms熔斷。

所述主支路的機械開關為高速機械開關，高速機械開關采用斥力機構驅動；所述高速機械開關具有較強的短時電流耐受能力，能夠保證在熔斷器發生熔斷的過程中，動靜觸頭不發生分離，并且響應時間短，動作速度快。

分斷支路還包括由多個二極管反向串聯或反向并聯組成的橋式回路，橋式回路并聯在主支路兩端，電力電子器件置于橋式回路中，實現由一組電力電子器件完成雙向關斷。

所述耗能支路包括氧化鋅避雷器。

本發明所述的一種熔斷式直流斷路器的控制方法，包括以下步驟：