[发明专利]一种模块化的机械式直流断路器及其开断方法

权利要求书

1.一种模块化的机械式直流断路器，包括：主电流回路、电流转移支路、过电压限制支路、第一进/出线端和第二进/出线端，所述主电流回路与所述电流转移支路及所述过电压限制支路并联，其中，

所述主电流回路包括高速机械开关，所述高速机械开关的一侧连接至所述第一进/出线端，另一侧连接至所述第二进/出线端；

所述电流转移支路包括串联连接的控制模块、转移电容模块和电感；

所述转移电容模块包括n个串联的振荡单元，每个振荡单元包括预充电转移电容、振荡电感和控制器件，所述振荡电感和控制器件串联后与所述预充电转移电容并联；

所述直流断路器还外接有控制系统，其：

基于所述主电流回路的电流幅值和变化率控制所述高速机械开关动作，

基于电力系统电流的方向控制所述控制模块中第一控制器件和第二控制器件的导通状态，以及

基于电力系统电流的大小和方向控制所述转移电容模块中控制器件的导通数量。

2.根据权利要求1所述的直流断路器，其中，所述n个串联的振荡单元中的第一个振荡单元的预充电转移电容的负极与第一个振荡单元的控制器件的负极及与所述控制模块相连，第一个振荡单元的预充电转移电容的正极通过第一个振荡单元的振荡电感与第一个振荡单元的控制器件的正极相连以及与第二个振荡单元的预充电转移电容的负极相连；第n个振荡单元的预充电转移电容的正极通过电感连接至所述第二进/出线端靠近高速机械开关的一侧。

3.根据权利要求1或2所述的直流断路器，其中，所述控制器件为电压控制器件或电流控制器件。

4.根据权利要求1所述的直流断路器，其中，

所述控制模块包括第一控制器件和第二控制器件，

所述第一控制器件和所述第二控制器件反向并联，且：

第一控制器件的正极和第二控制器件的负极连接至高速机械开关靠近第一进/出线端的一侧，第一控制器件的负极和第二控制器件的正极经转移电容模块和电感后连接至高速机械开关靠近第二进/出线端的一侧。

5.根据权利要求1所述的直流断路器，其中，所述直流断路器外接有在线监测系统，用于：

监测电力系统电流、所述主电流回路、过电压限制支路和电流转移支路的电流状态，

监测所述高速机械开关的断口电压和运动状态，以及

监测所述转移电容模块及n个串联的振荡单元中预充电电容的端电压以及断路器的环境温度。

6.根据权利要求1所述的直流断路器，其中，所述控制系统包括处理器，所述处理器包括如下任一：通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC和现场可编程门阵列FPGA。

7.根据权利要求1所述的直流断路器，其中，所述过电压限制支路包括如下任一：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和可卸式避雷器。

8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的模块化的机械式直流断路器的开断方法，包括如下步骤：

S100：当电力系统电流从第一进/出线端流入，经高速机械开关流出第二进/出线端时，若在线监测系统监测到电力系统发生短路故障，控制系统判断流经主电流回路的电力系统电流的极性，并计算主电流回路的电流幅值和电流变化率；

S200：控制系统根据所述电流幅值和电流变化率控制转移电容模块中控制器件导通，且导通数量少于半数；

S300：控制系统发出分闸指令，高速机械开关开始动作，依照电力系统电流方向控制控制模块中的第一控制器件导通，电流转移支路向主电流回路注入反相高频振荡电流强迫主电流回路电流过零，高速机械开关由于电流过零熄弧；

S400：电力系统电流不断向转移电容模块充电，当断路器两端电压高于过电压限制支路的导通阈值时，过电压限制支路导通，电力系统电流由电流转移支路转移至过电压限制支路；

S500：当过电压限制支路电流过零后并恢复高阻抗状态，断路器完成开断。

9.一种根据权利要求1-7中任一项所述的模块化的机械式直流断路器的开断方法，包括如下步骤：

S1000：当电力系统电流从第二进/出线端流入，经高速机械开关流出第一进/出线端时，若在线监测系统监测到电力系统发生短路故障，控制系统判断流经主电流回路的电力系统电流的极性，并计算主电流回路的电流幅值和电流变化率；

S2000：控制系统根据所述电流幅值和电流变化率控制转移电容模块中控制器件导通，且导通数量多于半数；

S3000：控制系统发出分闸指令，高速机械开关开始动作，依照电力系统电流方向控制控制模块中的第二控制器件导通，电流转移支路向主电流回路注入反相高频振荡电流强迫主电流回路电流过零，高速机械开关由于电流过零熄弧；

S4000：电力系统电流不断向转移电容模块充电，当断路器两端电压高于过电压限制支路的导通阈值时，过电压限制支路导通，电力系统电流由电流转移支路转移至过电压限制支路；

S5000：当过电压限制支路电流过零后恢复高阻抗状态，断路器完成开断。