一種多斷口混合直流斷路器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多斷口混合直流斷路器，其包括主開關(guān)回路、振蕩回路、能量吸收回路組成，其中主開關(guān)回路由3個(gè)快速開關(guān)以及三個(gè)與快速開關(guān)并聯(lián)的均壓回路構(gòu)成，振蕩回路由晶閘管閥T1-T4、變壓器以及電容電感構(gòu)成，吸收回路由ZnO避雷器構(gòu)成，能夠雙向、快速、無弧分?jǐn)嘀绷飨到y(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流；通態(tài)損耗低、成本低、使用壽命長；分?jǐn)嗄芰?qiáng)，分?jǐn)鄷r(shí)間短，實(shí)現(xiàn)技術(shù)難度低，改善各斷路器的斷口間的均壓，以防止單個(gè)斷路器由于分?jǐn)鄷r(shí)差而導(dǎo)致的分?jǐn)嚯妷翰灰恢?，利用有源式的電流注入，使電路更快且更容易達(dá)到過零點(diǎn)。
【專利說明】—種多斷口混合直流斷路器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超、特高壓的輸配電技術(shù)，特別是用于超、特高壓輸配電中使用的超高壓直流斷路器。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國的直流輸電系統(tǒng)取得了顯著的成就，目前，雖然直流輸電技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，但相對于交流輸電系統(tǒng)靈活、多樣的連接方式而言，世界上僅有極個(gè)別直流輸電系統(tǒng)為多端連接方式，而絕大數(shù)依然是兩端系統(tǒng)，其主要原因就是沒有實(shí)用的超高壓直流斷路器。當(dāng)兩端系統(tǒng)發(fā)展到一定程度后，多端系統(tǒng)的出現(xiàn)將是必然的趨勢，同時(shí)，電力電子技術(shù)的發(fā)展確實(shí)促進(jìn)了直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展，但作為最后的保護(hù)單元，直流斷路器的配置也是不可或缺的，尤其是在柔性直流輸電系統(tǒng)中。
[0003]目前采用的超高壓直流斷路器常見的有無源式與有源式以及混合式等，其中圖1所示的為無源式的直流斷路器，其疊加振蕩電流是在直流斷路器的基礎(chǔ)上疊加了振蕩電流，用以創(chuàng)造電流過零點(diǎn)，利用這個(gè)理想的電流過零點(diǎn)條件實(shí)現(xiàn)分閘功能。振蕩電流的產(chǎn)生利用了電弧的負(fù)阻特性，由電容C、電感L、ZnO避雷器和斷路器觸點(diǎn)CB構(gòu)成直流斷路器疊加振蕩電流的原理示意圖如圖1所示。電弧的負(fù)阻特性是這類斷路器實(shí)現(xiàn)開斷的關(guān)鍵，通常選取CB的滅弧介質(zhì)就成為決定電弧負(fù)阻特性是否符合電流振蕩條件的主要因素。
[0004]如圖2所示的為有源式的直流斷路器，在電路設(shè)計(jì)上，電流轉(zhuǎn)移的方法幾乎與疊加振蕩電流的方法相同，不同之處在于給振蕩回路中的電容C進(jìn)行了預(yù)充電，該方法的工作原理與疊加振蕩電流的類似，區(qū)別是需要配合好將電容C接入回路時(shí)開關(guān)S的時(shí)間和CB斷口斷開的時(shí)間。當(dāng)斷路器開斷回路時(shí)，CB斷開，幾乎在很短的時(shí)間內(nèi)閉合S，此時(shí)充好電的電容c產(chǎn)生的反向電流與CB中的電弧電流振蕩疊加，當(dāng)斷口分開到一定距離后，振蕩電路出現(xiàn)過零點(diǎn)，電弧隨之熄滅。其中，ZnO避雷器的工作原理與疊加振蕩電流法中ZnO避雷器的工作原理相同。采用電流轉(zhuǎn)移法開斷直流斷路器最大的優(yōu)勢是，可以斷開幅值很大的直流電流。但是該方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制煩瑣而且可靠性較低，需要進(jìn)一步改進(jìn)才能發(fā)揮更大的作用。
[0005]如圖3所示的為混合式的直流斷路器，混合式斷路器結(jié)合了機(jī)械式斷路器和固態(tài)斷路器的優(yōu)點(diǎn)，用快速機(jī)械開關(guān)來導(dǎo)通正常運(yùn)行電流，固態(tài)電力電子器件來分?jǐn)喽搪冯娏?，使得其既具備較低的通態(tài)損耗，又有很快的分?jǐn)嗨俣?，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)斷路器依靠電弧電壓將短路電流從快速機(jī)械開關(guān)支路轉(zhuǎn)移至固態(tài)開關(guān)支路。在高壓系統(tǒng)中，大量的全控器件串聯(lián)產(chǎn)生的通態(tài)壓降一般都能達(dá)到近百伏，依靠電弧電壓很難實(shí)現(xiàn)電流的完全轉(zhuǎn)移，因而快速開關(guān)需要具備滅弧能力，使得快速開關(guān)整體質(zhì)量增加，動作速度變慢，而且產(chǎn)生的電弧將會造成對快速開關(guān)觸頭的腐蝕。常見的超高壓直流斷路器分?jǐn)嗄芰τ邢?，且對于滅弧介質(zhì)的依賴性較強(qiáng)，觸頭傷害較大，采用單一的觸頭分壓較大，容易導(dǎo)致電弧重燃與觸頭熔焊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于上述問題，本發(fā)明提供一種多斷口混合直流斷路器，其包括主開關(guān)回路、振蕩回路、能量吸收回路組成，其中主開關(guān)回路由3個(gè)快速開關(guān)以及三個(gè)與快速開關(guān)并聯(lián)的均壓回路構(gòu)成，振蕩回路由晶閘管閥T1-T4、變壓器以及電容電感構(gòu)成，吸收回路由ZnO避雷器構(gòu)成，三個(gè)回路并聯(lián)構(gòu)成了多斷口混合直流斷路器。
[0007]本發(fā)明的主開關(guān)回路中的均壓回路包括相互串聯(lián)的阻尼電容Cs和阻尼電阻Rs，采用三個(gè)單相斷路器的斷口串聯(lián)構(gòu)成三斷口串聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有開斷電壓高，開斷電流大、開斷時(shí)間短等效果，完全可以滿足超、特高壓直流輸電工程的需要，RC均壓回路，用于改善各斷路器的斷口間的均壓，以防止單個(gè)斷路器由于分?jǐn)鄷r(shí)差而導(dǎo)致的分?jǐn)嚯妷翰灰恢?，從而?dǎo)致的觸頭熔焊與熄弧重燃的情況。
[0008]本發(fā)明采用的振蕩回路采用的變壓器式結(jié)構(gòu)，可以防止振蕩回路直接接入主開關(guān)回路中產(chǎn)生的電壓或電流沖擊，同時(shí)可以進(jìn)行變比控制，以控制電容器輸出的電流能夠更好的使分?jǐn)嚯娏鬟_(dá)到過零點(diǎn)，以便更快速的進(jìn)行過零滅弧，采用電源給電容預(yù)充電可以在故障初期施加反向電流，相比于由LC振蕩回路進(jìn)行振蕩以產(chǎn)生過零點(diǎn)可以使電路更快且更容易達(dá)到過零點(diǎn)，晶閘管閥T1-T4可以在電容充電時(shí)將電容與主電路進(jìn)行隔離，在電容接入電路進(jìn)行反向過零電流注入時(shí)，可以快速的導(dǎo)通進(jìn)行電流的注入，同時(shí)，采用四個(gè)晶閘管閥可以能夠雙向、快速、無弧分?jǐn)嘀绷飨到y(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流。采用常用的ZnO避雷器來吸收電路中殘余的能量。
[0009]在正常工作時(shí)，快速開關(guān)K閉合，電流經(jīng)主支路流過。快速開關(guān)用來耐受電流分?jǐn)嗪螽a(chǎn)生的暫態(tài)過電壓，采用3個(gè)快速開關(guān)串聯(lián)加快了開關(guān)的動作速度以及增強(qiáng)了斷路器耐受過電壓的能力。正常工作期間，隔離輔助電源對電容C進(jìn)行預(yù)充電至所設(shè)定電壓U，并維持。發(fā)生接地短路故障時(shí)，短路電流上升，達(dá)到斷路器預(yù)設(shè)定動作電流/時(shí)，斷路器動作，均壓回路維持各斷路器的斷口電壓平衡。首先，將電容C與輔助電源隔離。隨后據(jù)短路電流方向的來選擇觸發(fā)晶閘管閥組合Tl、T3或者T2、T4，電容C經(jīng)過L向主支路中注入反向電流，主支路電流開始向轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移。當(dāng)主回路的能量積累到一定程度時(shí)，吸收回路的ZnO避雷器吸收主回路的能量，從而完成分?jǐn)唷?br> [0010]采用本發(fā)明的多斷口混合直流斷路器能夠雙向、快速、無弧分?jǐn)嘀绷飨到y(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流；通態(tài)損耗低、成本低、使用壽命長；分?jǐn)嗄芰?qiáng)，分?jǐn)鄷r(shí)間短，實(shí)現(xiàn)技術(shù)難度低，改善各斷路器的斷口間的均壓，以防止單個(gè)斷路器由于分?jǐn)鄷r(shí)差而導(dǎo)致的分?jǐn)嚯妷翰灰恢?，利用有源式的電流注入，使電路更快且更容易達(dá)到過零點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的無源式的直流斷路器圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的有源式直流斷路器
圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的混合式直流斷路器圖4是本發(fā)明提供的多斷口混合直流斷路器。

【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖4所示，本發(fā)明提供一種多斷口混合直流斷路器，其包括主開關(guān)回路、振蕩回路、能量吸收回路組成，其中主開關(guān)回路由3個(gè)快速開關(guān)K以及三個(gè)與快速開關(guān)并聯(lián)的RC均壓回路構(gòu)成，振蕩回路由晶閘管閥T1-T4、變壓器T以及電容C電感L構(gòu)成，吸收回路由ZnO避雷器MOV構(gòu)成，三個(gè)回路并聯(lián)構(gòu)成了多斷口混合直流斷路器。
[0013]主開關(guān)回路中的3個(gè)快速開關(guān)K依次串聯(lián)構(gòu)成，3個(gè)RC均壓回路依次并聯(lián)連接在各快速開關(guān)的兩端，3個(gè)快速開關(guān)通過直流母線進(jìn)行連接，振蕩回路的變壓器結(jié)構(gòu)主繞組并聯(lián)連接在主開關(guān)回路的兩端，副邊繞組的兩端分別連接晶閘管閥T3和T4的陰極、Tl和T2的陽極，T3和T4的陽極與Tl和T2的陰極通過電感L與電容C相連，其中，電容C兩端還并聯(lián)連接有隔離充電電源，晶閘管閥T1-T4在電容充電時(shí)將電容與主開關(guān)回路進(jìn)行隔離，主開關(guān)回路的兩端還并聯(lián)連接有ZnO避雷器。
[0014]在正常工作時(shí)，快速開關(guān)K閉合，電流經(jīng)主支路流過。快速開關(guān)用來耐受電流分?jǐn)嗪螽a(chǎn)生的暫態(tài)過電壓，采用3個(gè)快速開關(guān)串聯(lián)加快了開關(guān)的動作速度以及增強(qiáng)了斷路器耐受過電壓的能力。正常工作期間，隔離輔助電源對電容C進(jìn)行預(yù)充電至所設(shè)定電壓U，并維持。發(fā)生接地短路故障時(shí)，短路電流上升，達(dá)到斷路器預(yù)設(shè)定動作電流/時(shí)，斷路器動作，均壓回路維持各斷路器的斷口電壓平衡。首先，將電容C與輔助電源隔離。隨后據(jù)短路電流方向的來選擇觸發(fā)晶閘管閥組合Tl、T3或者T2、T4，電容C經(jīng)過L向主支路中注入反向電流，主支路電流開始向轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移。當(dāng)主回路的能量積累到一定程度時(shí)，吸收回路的ZnO避雷器吸收主回路的能量，從而完成分?jǐn)唷?br> [0015]本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)，具有開斷電壓高，開斷電流大、開斷時(shí)間短等效果，完全可以滿足超、特高壓直流輸電工程的需要，RC均壓回路，用于改善各斷路器的斷口間的均壓，以防止單個(gè)斷路器由于分?jǐn)鄷r(shí)差而導(dǎo)致的分?jǐn)嚯妷翰灰恢?，從而?dǎo)致的觸頭熔焊與熄弧重燃的情況?？梢苑乐拐袷幓芈分苯咏尤胫鏖_關(guān)回路中產(chǎn)生的電壓或電流沖擊，同時(shí)可以進(jìn)行變比控制，以控制電容器輸出的電流能夠更好的使分?jǐn)嚯娏鬟_(dá)到過零點(diǎn)，以便更快速的進(jìn)行過零滅弧，采用電源給電容預(yù)充電可以在故障初期施加反向電流，相比于由LC振蕩回路進(jìn)行振蕩以產(chǎn)生過零點(diǎn)可以使電路更快且更容易達(dá)到過零點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種多斷口混合直流斷路器，其特征在于，包括主開關(guān)回路、振蕩回路、能量吸收回路，其中主開關(guān)回路由三個(gè)快速開關(guān)K以及三個(gè)與快速開關(guān)并聯(lián)的RC均壓回路構(gòu)成，振蕩回路由晶閘管閥T1-T4、變壓器T以及電容C電感L構(gòu)成，吸收回路由ZnO避雷器MOV構(gòu)成，三個(gè)回路并聯(lián)構(gòu)成了多斷口混合直流斷路器。
2.如權(quán)利要求1所述的多斷口混合直流斷路器，其特征在于，主開關(guān)回路中的三個(gè)快速開關(guān)K依次串聯(lián)構(gòu)成，三個(gè)RC均壓回路依次并聯(lián)連接在各快速開關(guān)的兩端，三個(gè)快速開關(guān)通過直流母線進(jìn)行連接，振蕩回路的變壓器結(jié)構(gòu)主繞組并聯(lián)連接在主開關(guān)回路的兩端，副邊繞組的兩端分別連接晶閘管閥T3和T4的陰極、Tl和T2的陽極，T3和T4的陽極與Tl和T2的陰極通過電感L與電容C相連，其中，電容C兩端還并聯(lián)連接有隔離充電電源，晶閘管閥T1-T4在電容充電時(shí)將電容與主開關(guān)回路進(jìn)行隔離，主開關(guān)回路的兩端還并聯(lián)連接有ZnO避雷器，在正常工作時(shí)，快速開關(guān)K閉合，電流經(jīng)主支路流過，快速開關(guān)用來耐受電流分?jǐn)嗪螽a(chǎn)生的暫態(tài)過電壓，正常工作期間，隔離輔助電源對電容C進(jìn)行預(yù)充電至所設(shè)定電壓U,并維持，發(fā)生接地短路故障時(shí)，短路電流上升，達(dá)到斷路器預(yù)設(shè)定動作電流/時(shí)，斷路器動作，均壓回路維持各斷路器的斷口電壓平衡，首先將電容C與輔助電源隔離，隨后據(jù)短路電流方向的來選擇觸發(fā)晶閘管閥組合Tl、T3或者T2、T4，電容C經(jīng)過L向主支路中注入反向電流，主支路電流開始向轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移，當(dāng)主回路的能量積累到一定程度時(shí)，吸收回路的ZnO避雷器吸收主回路的能量，從而完成分?jǐn)唷?br> 【文檔編號】H01H71/00GK104242229SQ201410559135
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月18日
【發(fā)明者】羅虎, 蘇海霞, 齊征, 羅旭, 胡建飛 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司