[发明专利]一种自适应机械式直流断路器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种自适应机械式直流断路器及其控制方法，包括一个主支路、一个转移支路和一个耗能支路，所述主支路包括机械开关，主支路的进线处设有两组串联连接的动静铁芯；转移支路为自适应转移支路，由三个分支路并联而成，且每个分支路上均包括串联连接的转移电感、转移电容和触发器件；其中，第二转移分支路和第三转移分支路上设有自适应机械开关，自适应机械开关与两组动静铁芯对应连接。本发明通过动静铁芯和自适应机械开关的配合实现中压直流机械式断路器自适应开断，断路器根据开断电流的大小的情况，自动匹配注入电流的大小，有效避免直流断路器在开断过程中向直流系统注入过多的能量，减小直流断路器开断过程中对系统的影响。

技术领域

本发明涉及电力系统技术，具体涉及一种自适应机械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，直流断路器需要接通、承载、分断系统额定电流；在短路故障发生时，能够快速切除故障支路，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；机械式直流断路器包括主支路，转移支路和耗能支路，分别由高速机械开关、LC转移支路、避雷器并联组成，其中高速机械开关需要能够在2-3ms内建立起绝缘足够的绝缘断口，LC转移支路建立负压强迫主支路电流向转移支路转移，避雷器需要吸收系统短路能量。由于机械式断路器需要具备同时开断故障电流和系统正常电流的能力，其转移支路上的电容需要预充较高的电压，当开断小电流时，会向系统中注入大量能量，影响系统其他设备的正常运行，甚至可能冲击直流变压器或者换流阀，造成其闭锁。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的在于提供一种自动匹配注入电流的自适应机械式直流断路器；本发明的另一目的在于提供一种避免向系统注入大量能量的自适应机械式直流断路器的控制方法。

技术方案：本发明的自适应机械式直流断路器包括一个主支路、一个转移支路和一个耗能支路，所述主支路包括机械开关，主支路的进线处设有两组串联连接的动静铁芯；所述转移支路为自适应转移支路，由三个分支路并联而成，且每个分支路上均包括串联连接的转移电感、转移电容和触发器件；其中，第二转移分支路和第三转移分支路上设有根据开断电流大小自动闭合或断开的自适应机械开关，所述自适应机械开关与两组动静铁芯对应连接。

所述自适应机械开关包括动触头、静触头、复位弹簧、支点和绝缘传动杆，动触头位于复位弹簧的正上方，静触头位于复位弹簧两侧。

所述自适应机械开关中复位弹簧产生的力矩大小根据系统中故障电流的大小划分。

所述动静铁芯中的静铁芯为U型结构，静铁芯包裹在进线铜牌周围且与进线铜牌之间留有间隙，动静铁芯中的动铁芯为位于静铁芯的正下方。

所述触发器件为触发球隙、晶闸管、IGBT、IGCT、IEGT或GTO。

所述机械开关为高速机械开关，采用斥力机构驱动；所述耗能支路包括氧化锌避雷器。

所述转移支路的分支路上的转移电感大小相同，转移电容大小相同。

本发明所述的自适应机械式直流断路器的控制方法，包括以下步骤：

(1)当断路器收到分闸指令时，控制系统根据记录的收到分闸指令前的电流波形，确定断路器开断当前断路器电流所需注入短路电流的容量；

(2)控制系统同时触发三个分支路上的触发器件，自适应机械开关根据分断电流的不同，会自适应的完成分闸或合闸动作，被投入的电感和电容组成振荡回路，强迫主支路电流向由转移支路转移；