[发明专利]紧凑型人工过零高压直流断路器及其开断方法

说明书

本发明公开了一种紧凑型人工过零高压直流断路器及其开断方法，该断路器包括振荡支路和双工位联动式真空转换开关，其中振荡支路由换流电容器和换流电感线圈串联组成，双工位联动式真空转换开关具有双工位联动式真空灭弧室结构；本发明的核心在于通过具有双工位联动式真空灭弧室结构的双工位联动式真空转换开关，在一个真空灭弧室内同步实现了主回路触头打开和反向电流投入，解决了现有技术中用于反向电流投入的触发开关控制复杂、附加线路多、可靠性低的问题；本发明可使得直流断路器设备体积减小，控制流程简化，设备工作可靠性提高。

技术领域

本发明涉及电力系统断路器，具体涉及一种紧凑型人工过零高压直流断路器及其开断方法。

背景技术

柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径，代表着直流输电的未来发展方向。柔性直流电网的直流侧发生短路故障时，直流侧阻抗小，换流器直流侧的电容通过短路点直接放电，短路电流会在数毫秒内达到峰值，其上升速率与峰值均远远强于同规模交流电网。同时，当系统直流侧发生故障以后，即使换流器内部的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)通过自保护功能而立即关断，但是由于续流二极管的存在，关断以后构成一个不控整流桥，仍然无法实现直流故障的自清除，故障电流将一直存在。因此，柔性直流输电的发展依赖于直流开断技术，对直流断路器的开断能力和工作可靠性提出了更高要求。

现有直流断路器类型主要有固态断路器，混合式断路器以及振荡式机械断路器。固态开关分断速度快，但是通态损耗大，且成本相对较高，多用于中低压直流系统；混合式开关具有通态损耗小，开断速度快，对机械开关要求低等优点，但混合式开关需要大量电力电子器件串并联，设备成本和可靠性受到了限制；自激振荡机械断路器的开断时间长达数十毫秒，无法满足柔性直流输电对于开断速度的要求；他激振荡结构通过预充电电容与电感产生的反向高频振荡电流与主回路机械开关中的直流故障电流叠加以产生“人工过零点”，从而熄灭电弧，开断短路电流。通常使用的他激振荡开断电路如图1所示，这种方法需要一个额外的触发开关以实现反向电流投入，且触发开关的可靠性及其与主回路开关之间的动作配合均有较高要求。目前，用于实现反向电流投入的触发开关多采用晶闸管、真空触发开关或触发球隙，但其控制复杂、外加线路多，并且可靠性较低。

发明内容

针对现有方法的不足，本发明提供一种紧凑型人工过零高压直流断路器及其开断方法，本发明通过具有双工位联动式真空灭弧室结构的双工位联动式真空转换开关，在一个真空灭弧室内同步实现了主回路触头打开和反向电流投入，旨在解决现有技术中用于反向电流投入的触发开关控制复杂、附加线路多、可靠性低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案实现：

一种高可靠紧凑型人工过零高压直流断路器，由振荡支路(Ⅰ)和双工位联动式真空转换开关(Ⅱ)连接构成；所述振荡支路(Ⅰ)由换流电容器(1a)和换流电感线圈(1b)串联后连接至所述双工位联动式真空转换开关(Ⅱ)的常开工位(2a)；所述双工位联动式真空转换开关(Ⅱ)具有双工位真空灭弧室结构和操动机构；

所述双工位联动式真空转换开关(Ⅱ)的双工位联动式真空灭弧室包括常开工位(2a)和常闭工位(2b)，具有如下结构：

常开工位(2a)包括设置在真空灭弧室(2‐1)内的从静导电杆(2‐10)和从静触头(2‐9)，设置在真空灭弧室(2‐1)内的主动导电杆(2‐5)上的从动导电杆(2‐7)和从动触头(2‐8)；

常闭工位(2b)包括设置在真空灭弧室(2‐1)内的主静导电杆(2‐2)和主静触头(2‐3)，设置在真空灭弧室(2‐1)内的主动导电杆(2‐5)和主动触头(2‐4)，设置在真空灭弧室(2‐1)内的波纹管(2‐6)。