[发明专利]一种混合型直流断路器及其分断方法

权利要求书

1.一种混合型直流断路器，所述混合型直流断路器由n个完全相同的单级断路器模块串联组成，其中C1到Cn+1为n+1个单级断路器模块系统接入端，其中所述单级断路器模块包括主电流回路，电流转移支路、过电压限制支路、在线监测系统和单级断路器模块的接入端Ci、Ci+1，其中1≤i≤n，且主电流回路、转移电流支路以及过电压限制支路并联，其特征在于：

(1)所述主电流回路由高速机械开关和功率二极管VD1串联组成，其中：

所述接入端Ci+1连接所述功率二极管VD1的正极以便实现所述接入端Ci+1与所述主电流回路的另一端的连接；

所述接入端Ci连接所述高速机械开关的一端以便实现所述接入端Ci与所述主电流回路一端的连接；

(2)所述电流转移支路包括晶闸管组件VT1，振荡电感L和转移电容C，其中，晶闸管组件VT1正极和接入端Ci相连，晶闸管组件VT1负极和振荡电感L相连，振荡电感L另一端和转移电容C相连，转移电容C另一端和接入端Ci+1相连接，其中与接入端相连接的转移电容C极柱一端充正电；

(3)在线监测系统包括用于测量流经所述接入端Ci、Ci+1电流的电流传感器D0、用于测量流经主电流回路的电流传感器D1、用于测量流经电流转移支路中电路的电流传感器D2、用于测量流经过电压限制支路的电流传感器D3、用于测量断路器环境温度传感器D4、高速机械开关的开关两端电压传感器Vhss、用于测量转移电容两端电压状态的电压传感器Vc、高速机械开关的开关位移传感器Pd、信号调理电路、高速AD、处理器、人机交互界面和通信模块，所述处理器完成系统电流、主电流回路的电流和电流转移支路电流的幅值及变化率di/dt的计算，所述人机交互界面实时显示混合型直流断路器状态及计算结果；

正常工作状态下，电流从所述主电流回路流过，转移电容C设有预定的预充电压值，且电压方向与所述主电流回路的导通压降方向相反，所述电流转移支路中晶闸管VT1处于关断状态，当在线监测系统监测到直流系统状态异常或收到分闸指令时，所述在线监测系统向高速机械开关发出分闸指令，高速机械开关开始动作，触发晶闸管组件VT1，完成电流过零以实现开断。

2.根据权利要求1所述的混合型直流断路器，其特征在于：优选的，所述高速机械开关为基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关。

3.根据权利要求1所述的混合型直流断路器，其特征在于：所述过电压限制支路的设计参数包括电压限制电路容量、导通电压阈值、达到导通电压时的电流、最高限位电压以及处于最高限位电压时的电流。

4.根据权利要求1所述的混合型直流断路器，其特征在于：所述过电压限制支路在断路器正常运行情况下处于截止状态，漏电流小于0.5μA；所述过电压限制支路的导通电压阈值为所述断路器所处的系统电压的1.75倍。

5.根据权利要求1所述的混合型直流断路器，其特征在于：所述过电压限制支路包括线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器、全绝缘复合外套金属氧化物避雷器或可卸式避雷器中的任意一个或多个的组合。

6.根据权利要求1所述的混合型直流断路器，其特征在于：过电压限制支路为压敏电阻、氧化锌阀片组成的MOV、或者避雷器中的一个或者任意多个的组合。

7.根据权利要求1所述的混合型直流断路器，其特征在于：系统电流、所述主电流回路的电流、电流转移支路的电流、所述过电压限制支路电流、高速机械开关电压、转移电容电压、高速机械开关位移的数值经过滤波器放大，进入所述高速AD和所述处理器处理计算，所述处理器计算主电流回路电流、转移电流支路电流的幅值及变化率di/dt，经过处理器的保护算法和延时控制后，进行高速机械开关控制，功率半导体器件控制，所述人机交互界面实时显示混合式直流断路器状态及各类计算结果，故障数据通过通信模块实时传回上位机。

8.根据权利要求1所述的混合型直流断路器，其特征在于：所述处理器为通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

9.根据权利要求1所述的混合型直流断路器，其特征在于：所述处理器包括存储器，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。

10.一种利用权利要求1-9任一项所述的混合型直流断路器的短路状态下的分断方法，其包括以下步骤：

在第一步骤(S1)中，在线检测系统检测到系统电流达到设定阈值或者电流上升率达到设定阈值时，发出分闸指令；

在第二步骤(S2)中，高速机械开关存在响应延迟，电流转移支路晶闸管组件VT1导通，主电流回路电流开始向电流转移支路转移；

在第三步骤(S3)中，功率二极管VD1在主电流回路电流过零后反向截止，使得主电流回路电流保持在零，此时高速机械开关打开，实现无弧分断，电流转移支路中的转移电容反向充电；

在第四步骤(S4)中，随着转移电容两端电压不断增加，当电流转移支路电压超过过电压限制支路的阈值，过电压限制支路导通，电流转移支路电流开始向过电压限制支路转移；

在第五步骤(S5)中，随着转移支路电流减小至零，电流转移支路的晶闸管组件VT1截止，此时系统电压小于过电压限制支路的导通阈值，过电压限制支路电流迅速减小至零，完成开断。