[发明专利]一种用于全超导托卡马克失超保护的混合式直流开关

说明书

一种用于全超导托卡马克失超保护的混合式直流开关，载流单元由快速分断开关K1构成；换流回路单元由第一转移支路和第二转移支路构成，第一转移支路不需要快速机械开关K1提供较高弧压即可导通且开断产生的电压可使第二转移支路可靠导通，第二转移支路可以承受换流时的瞬间大电流和将电流转移到耗能单元时的反向恢复电压；耗能单元由移能电阻DR构成；后备保护单元由爆炸开关PB构成。本发明采用3级换流技术，降低了机械开关的要求的同时提高了固态开关换流的可靠性，通过减小固态开关导通的时间，提高了功率器件的限制电流从而降低了并联数量。本发明控制简单，系统可靠性高，是实现大功率直流开断的有效途径。

技术领域

本发明属于直流保护开关领域，更具体的是一种用于全超导托卡马克失超保护的混合式直流开关。

背景技术

目前，主流托卡马克均采用超导线圈来实现稳态磁场，以达到约束高温等离子体的目的。虽然在超导磁体的工程建设当中加入了各种监控和防范措施，但在托卡马克正常运行过程中，失超现象并不能完全避免。一旦发生失超现象，线圈超导体就会出现正常状态转变，所储存的巨大电磁能将向热能转化，产生大量的焦耳热。由于大型超导磁体失超传播速度慢，会造成明显的温度梯度，这将导致导体绝缘的损坏，造成不可估量的损失。由于失超保护开关可以迅速将储存在磁体中的巨大磁场能量转移到移能电阻中，因此它对整个超导托卡马克装置的运行至关重要。

目前，全超导托卡马克失超保护开关主要存在以下几个问题：

1、机械开关分断大电流时存在触头烧蚀严重、灭弧困难和绝缘恢复时间长等问题，导致机械开关可靠动作次数低，寿命短。

2、固态开关需串联大量的电力电子器件才可承受由于关断时产生的高电压，而机械开关分闸时较低的弧压不足以有效导通电力电子器件串联的固态开关。

发明内容

本发明提供了一种用于全超导托卡马克失超保护的混合式直流开关，采用3级换流技术，降低了机械开关要求的同时提高了固态开关换流的可靠性，通过减小固态开关导通的时间，提高了功率器件的限制电流从而降低了并联数量，克服了失超保护开关已有技术的不足，具备切除故障快，耐受高电压、大电流、控制简单的特点。

本发明的技术方案如下：

一种用于全超导托卡马克失超保护的混合式直流开关，其特征在于，包括载流单元、换流单元、耗能单元和后备保护单元；

载流单元与换流单元并联；并与后备保护单元串联；耗能单元与载流单元、换流单元和后备保护单元构成的串并联支路并联。

优选的是，本发明的载流单元包括快速分断开关K1，用于承载线路正常工作时额定负荷电流。

优选的是，本发明的换流单元包括第一转移支路和第二转移支路，第一转移支路和第二转移支路共用二极管阀组D3、D4。

优选的是，本发明的第一转移支路包括：低压固态开关T1、快速隔离开关K2和二极管阀组D1、D2、D3、D4；二极管阀组D1与二极管阀组D2串联，并与二极管阀组D3与二极管阀组D4串联支路并联；快速隔离开关K1的一端与二极管阀组D3和二极管阀组D4共连接点连接，快速隔离开关K1的另一端与低压固态开关T1的一端连接，低压固态开关T1的另一端与二极管阀组D1和二极管阀组D2共连接点连接。

优选的是，本发明的低压固态开关T1由若干电力电子器件并联组成，每个电力电子器件的两端分别并联有吸收电路和过电压限制器。

优选的是，本发明的第二转移支路包括：高压固态开关T2和二极管阀组D3、D4、D5、D6；二极管阀组D3与二极管阀组D4串联，并与二极管阀组D5与二极管阀组D6串联支路并联；高压固态开关T2的一端与二极管阀组D3和二极管阀组D4共连接点连接，高压固态开关T2的另一端与二极管阀组D5和二极管阀组D6共连接点连接。