[發明專利]一種模塊化的機械式直流斷路器及其開斷方法

有效

• 申請號: 202010057801.7
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111244909B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 吳益飛;高翀;彭孫宏浩;吳翊;楊飛;榮命哲
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H3/02;H01H9/56
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

1.一種模塊化的機械式直流斷路器，包括：主電流回路、電流轉移支路、過電壓限制支路、第一進/出線端和第二進/出線端，所述主電流回路與所述電流轉移支路及所述過電壓限制支路并聯，其中，

所述主電流回路包括高速機械開關，所述高速機械開關的一側連接至所述第一進/出線端，另一側連接至所述第二進/出線端；

所述電流轉移支路包括串聯連接的控制模塊、轉移電容模塊和電感；

所述轉移電容模塊包括n個串聯的振蕩單元，每個振蕩單元包括預充電轉移電容、振蕩電感和控制器件，所述振蕩電感和控制器件串聯后與所述預充電轉移電容并聯；

所述直流斷路器還外接有控制系統，其：

基于所述主電流回路的電流幅值和變化率控制所述高速機械開關動作，

基于電力系統電流的方向控制所述控制模塊中第一控制器件和第二控制器件的導通狀態，以及

基于電力系統電流的大小和方向控制所述轉移電容模塊中控制器件的導通數量。

2.根據權利要求1所述的直流斷路器，其中，所述n個串聯的振蕩單元中的第一個振蕩單元的預充電轉移電容的負極與第一個振蕩單元的控制器件的負極及與所述控制模塊相連，第一個振蕩單元的預充電轉移電容的正極通過第一個振蕩單元的振蕩電感與第一個振蕩單元的控制器件的正極相連以及與第二個振蕩單元的預充電轉移電容的負極相連；第n個振蕩單元的預充電轉移電容的正極通過電感連接至所述第二進/出線端靠近高速機械開關的一側。

3.根據權利要求1或2所述的直流斷路器，其中，所述控制器件為電壓控制器件或電流控制器件。

4.根據權利要求1所述的直流斷路器，其中，

所述控制模塊包括第一控制器件和第二控制器件，

所述第一控制器件和所述第二控制器件反向并聯，且：

第一控制器件的正極和第二控制器件的負極連接至高速機械開關靠近第一進/出線端的一側，第一控制器件的負極和第二控制器件的正極經轉移電容模塊和電感后連接至高速機械開關靠近第二進/出線端的一側。

5.根據權利要求1所述的直流斷路器，其中，所述直流斷路器外接有在線監測系統，用于：

監測電力系統電流、所述主電流回路、過電壓限制支路和電流轉移支路的電流狀態，

監測所述高速機械開關的斷口電壓和運動狀態，以及

監測所述轉移電容模塊及n個串聯的振蕩單元中預充電電容的端電壓以及斷路器的環境溫度。

6.根據權利要求1所述的直流斷路器，其中，所述控制系統包括處理器，所述處理器包括如下任一：通用處理器、數字信號處理器、專用集成電路ASIC和現場可編程門陣列FPGA。

7.根據權利要求1所述的直流斷路器，其中，所述過電壓限制支路包括如下任一：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和可卸式避雷器。

8.一種根據權利要求1-7中任一項所述的模塊化的機械式直流斷路器的開斷方法，包括如下步驟：

S100：當電力系統電流從第一進/出線端流入，經高速機械開關流出第二進/出線端時，若在線監測系統監測到電力系統發生短路故障，控制系統判斷流經主電流回路的電力系統電流的極性，并計算主電流回路的電流幅值和電流變化率；

S200：控制系統根據所述電流幅值和電流變化率控制轉移電容模塊中控制器件導通，且導通數量少于半數；

S300：控制系統發出分閘指令，高速機械開關開始動作，依照電力系統電流方向控制控制模塊中的第一控制器件導通，電流轉移支路向主電流回路注入反相高頻振蕩電流強迫主電流回路電流過零，高速機械開關由于電流過零熄弧；

S400：電力系統電流不斷向轉移電容模塊充電，當斷路器兩端電壓高于過電壓限制支路的導通閾值時，過電壓限制支路導通，電力系統電流由電流轉移支路轉移至過電壓限制支路；

S500：當過電壓限制支路電流過零后并恢復高阻抗狀態，斷路器完成開斷。

9.一種根據權利要求1-7中任一項所述的模塊化的機械式直流斷路器的開斷方法，包括如下步驟：

S1000：當電力系統電流從第二進/出線端流入，經高速機械開關流出第一進/出線端時，若在線監測系統監測到電力系統發生短路故障，控制系統判斷流經主電流回路的電力系統電流的極性，并計算主電流回路的電流幅值和電流變化率；

S2000：控制系統根據所述電流幅值和電流變化率控制轉移電容模塊中控制器件導通，且導通數量多于半數；

S3000：控制系統發出分閘指令，高速機械開關開始動作，依照電力系統電流方向控制控制模塊中的第二控制器件導通，電流轉移支路向主電流回路注入反相高頻振蕩電流強迫主電流回路電流過零，高速機械開關由于電流過零熄弧；

S4000：電力系統電流不斷向轉移電容模塊充電，當斷路器兩端電壓高于過電壓限制支路的導通閾值時，過電壓限制支路導通，電力系統電流由電流轉移支路轉移至過電壓限制支路；

S5000：當過電壓限制支路電流過零后恢復高阻抗狀態，斷路器完成開斷。