[发明专利]一种耦合式高压直流断路器

权利要求书

1.一种耦合式高压直流断路器，其特征在于，包括：主回路单元（1）、充电换流单元（2）、耗能单元（3）、触发单元（4）和吸能限压单元（5）；

所述主回路单元（1）用于串联接入直流系统中，所述吸能限压单元（5）与所述主回路单元（1）并联连接，所述充电换流单元（2）与所述主回路单元（1）并联连接；

所述触发单元（4）的第一输出端与所述充电换流单元（2）连接，所述触发单元（4）的第二输出端与耗能单元（3）连接，所述触发单元（4）用于当系统发生故障后触发所述充电换流单元（2），以及当重合闸时触发所述耗能单元（3）；

所述充电换流单元（2）用于当发生故障时产生高频振荡的电流，与故障电流反向叠加形成过零点开断故障电流，并在第一次开断后对预充电电容充电用于重合闸后故障开断；

所述吸能限压单元（5）用于在开断结束后吸收电力系统感性元件中储能的能量，限制机械开关两端的电压；

所述耗能单元（3）还与所述充电换流单元（2）连接，所述耗能单元（3）用于当直流断路器重合闸时消耗换流电容的能量从而使机械开关上的合闸电流快速衰减至零；

所述充电换流单元（2）包括：预充电电容C11、晶闸管SCR1、储能电容C12、充电电阻R1、耦合电抗器、换流电容C2、机械开关CB2和避雷器MOV2；

所述预充电电容C11的一端与所述耦合电抗器原边L1的一端连接，所述预充电电容C11的另一端与所述晶闸管SCR1的一端连接；所述晶闸管SCR1的另一端与所述耦合电抗器原边L1的另一端连接，所述储能电容C12与所述充电电阻R1串联后与所述预充电电容C11并联；

所述换流电容C2的一端与所述耦合电抗器副边L2的一端连接，所述换流电容C2的另一端连接至所述机械开关CB2的一端，所述避雷器MOV2与所述机械开关CB2并联，所述耦合电抗器副边L2的另一端和所述机械开关CB2的另一端分别连接至所述主回路单元（1）的两端；

所述耗能单元（3）包括：串联连接的耗能电阻R2和晶闸管SCR2，耗能电阻R2的非串联连接端接地，晶闸管SCR2的非串联连接端分别与所述充电换流单元（2）和所述触发单元（4）连接。

2.如权利要求1所述的耦合式高压直流断路器，其特征在于，所述主回路单元（1）为可燃弧且在电流过零时可熄弧的机械式开关。

3.如权利要求1-2任一项所述的耦合式高压直流断路器，其特征在于，所述吸能限压单元（5）包括：氧化锌避雷器，其两端分别连接在所述主回路单元（1）的两端。

4.如权利要求1-2任一项所述的耦合式高压直流断路器，其特征在于，当系统正常工作时，机械开关CB闭合，系统电流通过所述机械开关CB流向负载，其通态损耗较小；

当系统发生短路故障时，机械开关CB触头打开并燃弧，在所述机械开关CB的触头开距达到额定开距，能够耐受开断后的恢复电压后，所述触发单元触发所述晶闸管SCR1，导通所述充电换流单元，所述预充电电容C11与所述耦合电抗器原边电感L1振荡，通过所述耦合电抗器使所述耦合电抗器副边电感L2与所述换流电容C2产生反向振荡电流，且振荡电流幅值超过系统最大故障电流幅值，从而使所述机械开关CB产生过零点熄弧，开断故障电流；

在所述机械开关CB过零熄弧后，线路电流转移至所述耦合电抗器副边电感L2与所述换流电容C2串联构成的换流支路，从而所述换流电容C2的电压逐渐上升，并施加在所述机械开关CB两端，在电压幅值上升至所述吸能限压单元的动作电压时，所述吸能限压单元避雷动作，吸收线路中的感性能量，对所述机械开关限压保护，同时线路电流开始下降。

5.如权利要求1-2任一项所述的耦合式高压直流断路器，其特征在于，当线路故障为接地故障时，开断后线路电流通过所述耦合电抗器副边电感L2、换流电容C2振荡，衰减速度较慢；

当线路故障为高电阻接地故障时，开断后换流支路处于过阻尼状态，线路电流下降过程中会有一个较长的拖尾，当线路电流下降至零附近时，所述触发单元再一次触发所述晶闸管SCR1，使换流支路产生振荡电流，使得所述机械开关CB2在过零点时断开换流支路电流。