[發明專利]一種限流和磁控振蕩開斷相結合的直流斷路器

在審

• 申請號: 202110440171.6
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113299503A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 吳益飛;榮命哲;吳翊;楊飛;肖宇;鐘屹霖
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01H9/54
• 分類號: H01H9/54;H01H9/44;H01H33/664;H02H3/02;H02H3/087;H02H9/02;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

一種限流和磁控振蕩開斷相結合的直流斷路器，由輔助限流裝置和磁控振蕩斷口串聯組成。其中，磁控振蕩斷口包括主電流支路、振蕩支路、能量耗散支路并聯組成，另外有磁場吹弧回路提供磁場。限流裝置可以在并聯支路內也可以在并聯支路外。在開斷電流時，輔助限流裝置先動作，限制被開斷電流的變化率和幅值；斷路器部分后動作，開斷被限流裝置限制的電流。所述直流斷路器具有成本低、開斷速度快、體積小、可靠性高等優點，可以限制短路電流的快速上升，可以實現40kA以上直流短路電流快速開斷。

技術領域

本發明涉及一種限流和磁控振蕩開斷相結合的直流斷路器，具有雙向電流開斷能力。

背景技術

隨著直流電力系統的規模及容量持續增長，短路故障電流帶來的挑戰也在不斷增長。通常采用斷路器作為主要的保護設備，但是由于系統的短路故障形式多樣，且直流系統的短路故障有著上升速率快，電流無過零點等特點，使得直接使用直流斷路器進行短路保護有著一定困難。

磁控振蕩型直流斷路器相較于傳統的機械式、混合式斷路器具有不用預充電電容和電力電子器件，成本低、開斷速度快、體積小、可靠性高等方面的優勢。

發明內容

為了進一步提升磁控振蕩的開斷能力，采用限流裝置與磁控振蕩配合，利用限流裝置將電流快速限制到磁控振蕩的開斷范圍內，然后在快速開斷。根據以上技術方案，本發明的目的在于提供一種限流和磁控振蕩開斷相結合的直流斷路器，可以實現40kA以上直流短路電流快速開斷。利用輔助限流裝置限制短路電流的上升率和幅值，將電流限制在較低的水平。隨后串聯的直流斷路器動作，主回路中的磁控振蕩斷口拉開，觸頭在真空腔體中引弧，通過輔助磁場吹弧回路產生的磁場控制電弧運動，產生頻率振蕩。主回路電流向轉移支路上的電容充電，主回路電流過零。轉移支路電容剩余能量通過能量耗散電路泄放，磁控振蕩斷口上建立電壓，開關過程完成。本斷路器由于有了輔助限流裝置的加入，提高了開斷短路電流的穩定性，同時能夠起到類似限流器保護系統的效果。

具體的，本發明采用如下技術方案：

一種限流和磁控振蕩開斷相結合的直流斷路器，由輔助限流裝置和磁控振蕩斷口串聯組成。其中，磁控振蕩斷口包括主電流支路、振蕩支路、能量耗散支路并聯組成，另外有磁場吹弧回路提供輔助。輔助限流裝置一端連接出線端A1，另一端連接直流斷路器；直流斷路器另一端連接出線端A2引出。其特征在于：

(1)所述主回路是由磁控振蕩斷口和限流裝置組成。

(2)所述振蕩支路是由電容器C2和電感L組成。

(3)所述能量耗散支路是由電容器C、橫磁線圈、半控型功率半導體器件T和續流二極管D組成。

(4)所述輔助限流裝置可以放置在振蕩斷口并聯支路內，也可以是在振蕩斷口并聯支路外。

根據權利要求1所述的斷路器，其特征在于：

系統正常通流情況下，系統電流從A1端口流入，經過輔助限流裝置后進入斷路器主回路，再由A2端口流出。電流反向時則是從A2端口流入再由A1端口流出。此時主回路上磁控振蕩斷口閉合。磁場吹弧回路、轉移支路、能量耗散支路均無電流流過。

當發生收到上機控制系統的動作指令時，輔助限流裝置先動作，回路中電流的幅值和上升率被限制在相對低的水平；隨后主回路中的磁控振蕩斷口動作，磁場吹弧回路中的半控型功率半導體器件T同時導通。磁場吹弧回路放電并通過續流二極管續流，電流流經線圈產生強磁場。主回路上磁控振蕩斷口觸頭拉開，產生電弧并受到磁場作用產生振蕩。主回路電流振蕩轉移至轉移支路電容上，給電容充電，同時主回路電流過零截止。電容上剩余電壓通過能量耗散電路泄放，主回路兩端建立電壓，完成開斷。

所述斷路器磁控振蕩斷口的特征在于：所述的磁控振蕩斷口是由一個或者多個斷口串并聯組成。所述斷口可以是真空斷口，或者N2、空氣、H2等氣體斷口。