[发明专利]一种熔断式直流断路器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种熔断式直流断路器及其控制方法，包括主支路、分断支路、耗能支路、保护支路和熔断器，主支路、分断支路、耗能支路、保护支路并联连接之后与熔断器串联连接；主支路包括机械开关；分断支路包括电力电子器件；保护支路包括用于保护电力电子器件的真空触发间隙；熔断器用于隔离极限短路故障。本发明通过主断口串联直流快速熔断器，分断支路并联真空触发间隙，混合式断路器本体负责开断使用较多的单极接地故障及以下的电流分断，熔断器完成单极接地故障电流以上的故障隔离，同时为了避免快断过程中出现单极转双极等故障恶化超出断路器分断能力的情况，利用真空触发间隙保护电力电子器件。

技术领域

本发明涉及一种断路器，具体涉及一种熔断式直流断路器及其控制方法。

背景技术

直流电网可以有效解决城市供电走廊紧张，新能源消纳困难，负荷容量大以及随着产业升级对供电质量需求高的问题。但是由于直流电网的短路电流上升速度快，峰值高，不存在自然过零点，直流断路器相比于传统交流断路器，设计难度大。正常工作状态下，直流断路器需要承载和分断系统额定电流，投切系统支路；在短路故障发生时，能够快速分断故障支路，并吸收存储在故障支路电感中的能量，抑制系统过电压。常用的中压直流断路器包括纯固态直流断路器、机械式直流断路器和混合式直流断路器。纯固态直流断路器额定电流从电力电子器件流过，发热功率较大，电能损失较大；混合式直流断路器由高速机械开关、电力电子支路、避雷器并联组成，其中，高速机械开关需要能够在2-3ms内拉开，提供足够的绝缘开距，电力电子支路需要具备分断短路电流的能力，避雷器需要吸收系统短路能量，整体对器件能力要求较高。

直流断路器需要分断系统负荷电流、单极短路故障电流和双极短路故障电流。双极故障的故障电流水平相较系统负荷电流和单极短路故障电流高出一倍以上，但发生概率相对较小。现有配电系统的混合式断路器，开断能力需要覆盖负荷电流、单极接地故障电流、双极短路故障最大故障电流。混合式断路器的电力电子器件需要按照最大双极短路电流配置，避雷器需要按照最大双极短路电流分断能量来配置，这种配置方式会造成电力电子器件以及避雷器等器件的投资大大增加，影响直流电网的经济性。

同时，单极接地故障有可能会转化为双极短路故障，比如单极接地故障的电弧使电缆外皮融化，引起双极短路。在断路器分断单极接地故障时，故障突然转化为双极短路故障，短路电流水平会迅速增加，超出断路器的分断能力，会危害断路器和电网设备安全。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种制造成本低，避免在开断过程中因故障扩大对电力电子器件造成损毁的熔断式直流断路器；本发明的另一目的在于提供一种分断单极接地故障、双极短路故障的熔断式直流断路器的控制方法

技术方案：本发明的熔断式直流断路器，包括一个主支路、一个分断支路、一个耗能支路、一个保护支路和熔断器，其中，主支路、分断支路、耗能支路、保护支路并联连接，主支路、分断支路、耗能支路、保护支路并联连接之后与熔断器串联连接；所述主支路包括机械开关；所述分断支路包括电力电子器件；所述保护支路包括用于保护电力电子器件的真空触发间隙；所述熔断器用于隔离极限短路故障。

所述熔断器为直流快速熔断器；具有额定通流损耗小，快速响应的特性。

所述直流快速熔断器的保护特性设定为在系统单极接地故障的最大电流以上动作，且1ms熔断。

所述主支路的机械开关为高速机械开关，高速机械开关采用斥力机构驱动；所述高速机械开关具有较强的短时电流耐受能力，能够保证在熔断器发生熔断的过程中，动静触头不发生分离，并且响应时间短，动作速度快。

分断支路还包括由多个二极管反向串联或反向并联组成的桥式回路，桥式回路并联在主支路两端，电力电子器件置于桥式回路中，实现由一组电力电子器件完成双向关断。

所述耗能支路包括氧化锌避雷器。

本发明所述的一种熔断式直流断路器的控制方法，包括以下步骤：