[發明專利]一種振蕩轉移與固態開關相結合的直流斷路器

有效

• 申請號: 202011199807.4
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112510647B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 吳翊;王洪佑;時珊珊;王皓靖;劉舒;魏新遲;吳益飛;楊飛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;國家電網有限公司;國網上海市電力公司
• 主分類號: H02H3/087
• 分類號: H02H3/087;H02H9/04
• 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

一種振蕩轉移與固態開關相結合的直流斷路器，由主電流回路、電流轉移支路、能量吸收支路和控制系統組成。在小電流開斷情況下，控制高速機械開關分閘與相應電力電子器件導通，電流在電弧電壓作用下向電流轉移支路轉移，之后控制電力電子器件關斷，電力電子組件兩端電壓上升，避雷器導通。當發生大電流短路故障時，控制高速機械開關分閘與電力電子器件導通。預充電電容向斷口注入反向電流，斷口電流過零熄弧，短路電流轉移至電流轉移支路并向電容充電，當電容電壓大于避雷器導通電壓時，避雷器導通。所述新型直流斷路器具有結構簡單，通態損耗小，全電流開斷速度快等特點。

技術領域

本發明涉及一種振蕩轉移與固態開關相結合的直流斷路器，特別通過在電流轉移支路加入觸發開關，使用兩種方式針對不同等級的電流進行開斷。實現中壓直流系統多種電流工況的短路故障快速開斷的功能。

背景技術

隨著城市建設不斷推進，發展高供電密度、大容量、高可靠直流配電系統成為大中城市發展的迫切需求。某些特殊電力系統運行工況復雜。傳統的直流斷路器，由于其自身開斷時間長，限流能力有限，不能同時兼顧不同工況等特點的限制，難以適應直流系統的高電壓、大電流的發展需求。

相較于傳統交流系統，直流系統短路故障具有：電流上升速率快、短路電流峰值高、沒有自然過零點等特點，同時直流斷路器還需要吸收儲存在系統電感中的能量，直流開斷難度大。目前廣泛使用的混合式斷路器大多通過注入和短路電流相反的電流來制造人工過零點，從而實現直流分段的目的。但當小電流開斷時，注入電流可能反向擊穿高速機械開關的觸頭，導致開斷時高速機械開關觸頭間燃弧難以熄滅，延長開斷時間，對系統產生不利影響。

本發明的目的在于，提供一種可以同時兼顧短路電流與小電流兩種情況的直流斷路器，小電流采用電力電子器件完成開斷，大電流用電流注入式方法完成開斷，縮短短路故障排除時間，提高系統的穩定性。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足或缺陷，本發明的目的在于提供一種振蕩轉移與固態開關相結合的直流斷路器。通過設計新型回路拓撲，在電流轉移支路加入觸發開關，使用兩種方式針對大小兩種電流完成開斷。所述新型直流斷路器具有適應多種斷路器復雜工況的功能，并且結構簡單，通態損耗小，全電流開斷速度快。

具體的，本發明采用如下技術方案：

一種振蕩轉移與固態開關相結合的直流斷路器，由主電流回路、電流轉移支路、能量吸收支路組成。其中主電流回路，電流轉移支路，能量吸收支路并聯之后，通過出線端A1和A2引出。其特征在于：

(1)所述主電流回路高速機械開關斷口一端和斷路器出線端A1相連，高速機械開關斷口另一端和斷路器出線端A2直接相連；

(2)所述電流轉移支路中：電感L與電容C，晶閘管串聯連接，其中電容C預充電，極性為左負右正；之后整體并聯一個觸發開關，再與電力電子組件串聯。電感的一端連接到斷路器出線端子A1，最后一個電力電子器件負端與斷路器出線端子A2連接。實現所述電流轉移支路和主電流回路的并聯；

(3)所述能量吸收支路由避雷器組成。避雷器分為兩組，一組并聯于觸發開關兩端，另一組并聯于電力電子組件兩端，實現與主電流回路以及電流轉移支路并聯。當避雷器兩端電壓達到其導通電壓時，避雷器導通，可迅速耗散系統能量。

該新型直流斷路器工作原理如下：

系統正常通流狀態下，系統電流從所述主電流回路流過，方向為A1到A2，系統電流流經高速機械開關，系統的通態損耗即為電流在高速機械開關的損耗。此時電流轉移支路沒有電流流過，能量吸收支路的避雷器兩端電壓很低，避雷器不會導通。