[发明专利]一种高压直流断路器及其控制方法

权利要求书

1.一种高压直流断路器，包括主电流电路（1）、第一转移电路（2）、第二转移电路（3）、能量吸收电路（4）、磁场发生电路（5）、系统接线端J1和J2，其特征在于：

所述的主电流电路（1）、第二转移电路（3）和能量吸收电路（4）并联，并联电路的第一联结端与所述的系统接线端J1连接，并联电路的第二联结端与所述的系统接线端J2连接；

所述的主电流电路（1）由真空开关模块VB1和真空开关模块VB2串联构成，所述真空开关模块VB1和真空开关模块VB2是至少由一个真空开关构成的串并联组件，所述的真空开关是基于电磁斥力原理构成的快速真空开关；

所述的第一转移电路（2）是至少由一个半导体开关串并联构成的半导体开关组件T，与所述的真空开关模块VB1并联，所述的半导体开关采用二极管或晶闸管；

所述的第二转移电路（3）是由预充电电容C2、电感L2和控制开关S2依次串联构成的脉冲电流电路，所述的电容C2与电感L2连接的一极为预充电电压正极，所述的控制开关S2采用至少由一个晶闸管或真空触发开关串并联构成的开关组件；

所述的能量吸收电路（4）是由多个压敏电阻单元串并联构成的压敏电阻组件MOV；

所述的磁场发生电路（5）是由预充电电容C1、线圈L1和控制开关S1依次串联构成的脉冲磁场回路，所述的真空开关模块VB1和磁场发生电路（5）之间没有电气连接关系，所述的线圈L1与所述的真空开关模块VB1尽量靠近，线圈L1的法向与真空开关模块VB1中电流方向垂直。

2.根据权利要求1所述的一种高压直流断路器，其特征在于，所述的磁场发生电路（5）中的控制开关S1接通时，所述的电容C1通过所述的线圈L1放电，所述的线圈L1产生与所述真空开关模块VB1中电流方向垂直的横向磁场B。

3.根据权利要求1所述的一种高压直流断路器，其特征在于，所述的半导体开关组件T采用晶闸管反向并联组件T1或二极管桥式电路与单相晶闸管构成的组件T2，所述的第二转移电路（3）采用预充电电容、电感与晶闸管桥构成的桥式转移电路T3，使高压直流断路器实现双向电流分断功能。

4.一种如权利要求1所述的高压直流断路器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)、在直流电力系统正常工作阶段，主电流电路（1）中的真空开关模块VB1和真空开关模块VB2均处于闭合状态，负载电流由真空开关模块VB1和真空开关模块VB2承担；

b)、当系统出现短路故障后，真空开关模块VB1和真空开关模块VB2同时分断，磁场发生电路（5）导通，产生能显著提高真空开关模块VB1分断电弧电压的横向磁场B；

c)、在真空开关模块VB1分断的同时，第一转移电路（2）中的半导体开关组件T导通，在真空开关模块VB1电弧电压的作用下，电流迅速从真空开关模块VB1向半导体开关组件T中转移；

d)、当电流完全转移至半导体开关组件T之后，延时至所述真空开关模块VB2的触头分开到足够开距时，第二转移电路（3）中控制开关S2接通，电容C2通过电感L2放电产生脉冲电流，迫使半导体开关组件T和真空开关模块VB2中的电流同时减小为零；

e)、半导体开关组件T电流过零关断后，系统母线对电容C2反向充电，导致断路器两端的电压不断增加，当电压增加到压敏电阻组件MOV的开通值后，压敏电阻组件MOV导通吸收系统能量并限制过电压，实现对故障电流的限制并最终使其减小为零。

5.根据权利要求4所述的一种高压直流断路器的控制方法，其特征在于，所述的半导体开关组件T采用二极管组件时还包括以下步骤：

A)、二极管不需要门极控制，在真空开关模块VB1电弧电压开始建立时，即自动进入电流转移过程；

B)、二极管电流过零后，电容C2电压极性相对于二极管为反向，在电容C2电压方向变化之前，二极管反向截止，在此期间，真空开关模块VB2进行弧后介质快速恢复；

C)、二极管首先承受分断过程中断路器两端建立的反向恢复电压，当恢复电压变为正向后，由真空开关模块VB2完全承担。

6.根据权利要求4所述的一种高压直流断路器的控制方法，其特征在于，所述的半导体开关组件T采用晶闸管组件时还包括以下步骤：

A)、在真空开关模块VB1电弧电压开始建立时，通过门极控制晶闸管导通，实现电流的转移过程；

B)、晶闸管电流过零后，电容C2电压极性相对于晶闸管为反向，晶闸管自然关断，由于晶闸管同时具备正反向阻断功能，真空开关模块VB2能够更加可靠地完成弧后介质恢复；

C)、晶闸管首先承受分断过程中断路器两端建立的反向恢复电压，当恢复电压变为正向后，由晶闸管组件和真空开关模块VB2共同承担。