[发明专利]一种混合型直流断路器及其分断方法

说明书

技术领域

本发明涉及混合型直流断路器及其分断方法，特别是一种通过多个混合式直流断路器模块串联实现高电压等级领域的应用。

背景技术

直流输配电系统相比于传统的交流输配电系统具有以下优势：更窄的输电走廊，输电容量大，输电损耗更低，直流电网相比于交流电网，不存在稳定性问题，没有谐波，潮流更加容易控制。但是由于直流系统不存在自然过零点，形成断口之后，电弧无法熄灭，必须人工制造电流过零点，使电弧熄灭。由高速机械开关与大功率半导体器件组成的混合式直流断路器具有通流容量大、关断速度快、限流能力强等优点，已经成为直流开断领域的研究热点。现阶段直流系统从1.8kV到几十千伏电压不等，同种拓扑结构无法适应不同电压等级的直流开断任务，另一方面随着电压等级的增加，单断口的直流断路器绝缘设计更加复杂。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于提供一种中压混合式直流断路器及其控制方法。该断路器由多个完全相同的断路器模块组成，可以根据系统的电压等级需求，选取组装串联多个单级断路器模块，可以实现适应不同电压等级需求的任务。同时，随着电压等级的提升，多个单级断路器模块的串联可以解决随着电压等级提高，单断口无法解决的绝缘问题。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

本发明的一方面，一种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。

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。

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。

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。

在所述的混合型直流断路器中，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。

在所述的混合型直流断路器中，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。

在所述的混合型直流断路器中，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。

在所述的混合型直流断路器中，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。