[发明专利]一种耦合式高压直流断路器

说明书

本发明提供了一种带耦合电抗器的新型机械式高压直流断路器，包括：主回路单元、充电换流单元、耗能单元、触发单元和吸能限压单元；吸能限压单元与主回路单元并联连接，充电换流单元与主回路单元并联连接；触发单元用于当系统发生故障后触发所述充电换流单元以及当重合闸时触发所述耗能单元；充电换流单元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；吸能限压单元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；耗能单元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。

技术领域

本发明属于高压直流断路器领域，更具体地，涉及一种带耦合电抗器的新型机械式高压直流断路器。

背景技术

近年来，随着对能源需求的不断增长与可再生能源的快速发展，高压直流输电在国内外引起了广泛关注。由于直流输电具有输送能量大，输送距离远，损耗小等优点，因此在国内外电网中得到了大规模应用。传统的直流输电工程多为两端系统，仅能实现两点之间的能量传输，当使用直流输电向多个负荷中心送电或多个交流系统间采用直流互联时，需要建设多条直流输电线路，这将极大地增加投资成本和运行费用。而多端直流输电系统充分开发了高压直流输电技术的经济优点和技术优点，是一种更有吸引力的输电技术，满足我国电力工业的发展需要。除了具备两端直流输电的优点外，多端直流输电还有可实现多电源供电、多落点受电；可靠更高，更加灵活；可以分期建设，提高投资效益等优点。

由于多端直流输电网的直流侧阻抗很小，当直流侧发生短路故障时，故障电流会快速上升，如果不在短时间内及时切除故障，会导致换流侧交流断路器动作，换流阀组闭锁，影响整个系统的正常运行。而高压直流断路器可在短时间内快速切除故障电流及隔离故障点，保证系统的正常运行。因此，高压直流断路器构建可靠多端柔性直流电网的关键设备之一。

目前，国内外主要的直流断路器分类为机械式直流断路器、混合式直流断路器和全固态式直流断路器。全固态式高压直流断路器主要由电力电子器件构成，应用于高压直流电网时，串联器件个数过多导致控制单元复杂、造价昂贵、通态损耗大，因此目前高压直流断路器的研制重点以机械式高压直流断路器和混合式高压直流断路器为主，而对于混合式高压直流断路器，由于其通流、耐压元件为电力电子固态开关，成本高、通态损耗大，对控制要求也很严格；而传统机械式高压直流断路器，若采用高压球隙为换流支路控制开关，其导通时的电火花会对周围油绝缘设备构成威胁，若采用晶闸管作为换流支路控制开关，在开断过程中晶闸管需耐受较高的恢复电压，成本也会较高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种耦合式高压直流断路器，在满足直流系统对高压直流断路器本身动作迅速、开断大电流、小电流和承受高电压的基础上，解决了现有的高压直流断路器成本高、晶闸管耐受电压高的问题；对于耦合型高压直流断路器，在开断后线路电流将会转移至换流支路，产生小电流续流的问题，而本发明中的耦合式高压直流断路器能够很好的解决此问题，同时所提出的耦合式高压直流断路器具有双向重合闸开断的功能，可满足不同直流系统的需求。

本发明提供了一种耦合式高压直流断路器，包括：主回路单元、充电换流单元、耗能单元、触发单元和吸能限压单元；主回路单元用于串联接入直流系统中，所述吸能限压单元与主回路单元并联连接，所述充电换流单元与所述主回路单元并联连接；所述触发单元的第一输出端与所述充电换流单元连接，所述触发单元的第二输出端与耗能单元连接，所述触发单元用于当系统发生故障后触发所述充电换流单元，以及当重合闸时触发所述耗能单元；所述充电换流单元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；所述耗能单元还与所述充电换流单元连接，所述耗能单元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。

更进一步地，所述主回路单元为可燃弧且在电流过零时可熄弧的机械式开关。