一種直流分斷裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種直流分斷裝置，包括主斷路器、輔助斷路器、第一非線性電阻、第一高速機械開關和第二高速機械開關，其中，主斷路器和輔助斷路器分別包括至少一個功率半導體開關器件，各個功率半導體開關器件相互串聯(lián)，且主斷路器中功率半導體開關器件的數(shù)量大于輔助斷路器中功率半導體開關器件的數(shù)量，第一非線性電阻與主斷路器相互并聯(lián)，第一高速機械開關和第二高速機械開關分別與輔助斷路器的兩端相串聯(lián)構成通態(tài)支路，通態(tài)支路與主斷路器相并聯(lián)。本發(fā)明還涉及基于該直流分斷裝置的控制方法，能夠有效為輔助斷路器的工作過程提供更加全面的保護。
【專利說明】一種直流分斷裝置及控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直流分斷裝置及控制方法。
【背景技術】
[0002]在多端高壓直流輸電系統(tǒng)中，直流分斷器是至關重要的設備之一。多端高壓直流輸電系統(tǒng)由于電壓等級高、線路阻抗小，一旦發(fā)生線路短路故障，將很快影響到直流輸電網(wǎng)絡和交流網(wǎng)絡，必須迅速切除故障。因此，直流分斷器需要動作速度快，能夠最大限度地減小故障持續(xù)時間或抑制故障電流，減小故障對交/直流輸電網(wǎng)絡的沖擊。
[0003]現(xiàn)有技術通過主斷路器、高速機械開關、輔助斷路器和非線性電阻耗能元件構成混合型直流分斷裝置。該裝置中的輔助斷路器本身僅有較少的功率半導體器件串聯(lián)，僅能承受較低的分斷電壓，容易因為過壓原因而損壞，現(xiàn)有技術中采用了一組高速機械開關，能夠承擔較高的分斷電壓，但高速機械開關的分斷并不能保證一定成功，存在一定的故障率，而且輔助斷路器一端采用高速機械開關，另一端直接與高壓線路連接，也存在一定的隱患，這種形式也不利于輔助斷路器的隔離檢修。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述技術問題，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單，能夠有效為輔助斷路器的工作過程提供更加全面的保護的直流分斷裝置。
[0005]與此相應，針對上述技術問題，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于本發(fā)明設計的直流分斷裝置，能夠有效為輔助斷路器的工作過程提供更加全面的保護的直流分斷裝置的控制方法。
[0006]本發(fā)明為了解決上述技術問題采用以下技術方案:本發(fā)明設計了一種直流分斷裝置，包括主斷路器、輔助斷路器、第一非線性電阻和第一高速機械開關，其中，主斷路器和輔助斷路器分別包括至少一個功率半導體開關器件，各個功率半導體開關器件相互串聯(lián)，且主斷路器中功率半導體開關器件的數(shù)量大于輔助斷路器中功率半導體開關器件的數(shù)量，第一非線性電阻與主斷路器相互并聯(lián)，第一高速機械開關與輔助斷路器相互串聯(lián)；還包括第二高速機械開關，第一高速機械開關和第二高速機械開關分別與輔助斷路器的兩端相串聯(lián)構成通態(tài)支路，通態(tài)支路與主斷路器相并聯(lián)。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:還包括第二非線性電阻，第二非線性電阻與所述輔助斷路器相并聯(lián)，且第二非線性電阻的動作電壓小于所述輔助斷路器所能承受的最大電壓。
[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述第一非線性電阻的動作電壓大于所述第二非線性電阻的動作電壓。
[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述功率半導體開關器件為絕緣柵極雙極型晶體管。
[0010]本發(fā)明所述一種直流分斷裝置采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果:
(1)本發(fā)明設計的直流分斷裝置通過在輔助斷路器的兩端串聯(lián)第一高速機械開關和第二高速機械開關，能夠有效為輔助斷路器的工作過程提供更加全面的保護，而且有利于輔助斷路器的隔離檢修，提高了直流分斷裝置整體的使用性能與維護的便捷性；
(2)本發(fā)明設計的直流分斷裝置中，針對輔助斷路器，設計第二非線性電阻，且第二非線性電阻的動作電壓小于所述輔助斷路器所能承受的最大電壓，能夠有效保證了輔助斷路器工作過程的安全性，防止輔助斷路器因過壓而損壞，提高了使用壽命。
[0011]與此相應，本發(fā)明為了解決上述技術問題采用以下技術方案:本發(fā)明設計了一種直流分斷裝置的控制方法，包括正常工作模式和故障模式；其中，正常工作模式下，線路電流由所述通態(tài)支路進行輸送；故障模式下，包括如下步驟:
步驟01.控制所述輔助斷路器的功率半導體開關器件分斷，線路電流切換至主斷路器進行輸送；
步驟02.分別控制所述第一高速機械開關和所述第二高速機械開關斷開；
步驟03.控制所述主斷路器的功率半導體開關器件分斷，線路電流切換至所述第一非線性電阻，由所述第一非線性電阻將故障電流產生的電能以熱能的方式消耗。
[0012]本發(fā)明所述一種直流分斷裝置的控制方法采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果:
(1)本發(fā)明設計的直流分斷裝置的控制方法，通過控制第一高速機械開關和所述第二高速機械開關斷開，能夠及時將輔助斷路器脫離出整個直流分斷裝置，實現(xiàn)對輔助斷路器的保護與維護；
(2)本發(fā)明設計的直流分斷裝置的控制方法中，通過同時控制第一高速機械開關和所述第二高速機械開關斷開，使得兩個高速機械開關平均承擔分斷電壓，有效保證了高速機械開關斷開的工作過程，提高了整個直流分斷裝置的工作效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明設計的直流分斷裝置的結構示意圖。
[0014]其中，1.主斷路器，2.第一非線性電阻，3.第一高速機械開關，4.第二高速機械開關，5.第二非線性電阻，6.輔助斷路器。
【具體實施方式】
[0015]下面結合說明書附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明設計了一種直流分斷裝置，包括主斷路器1、輔助斷路器6、第一非線性電阻2和第一高速機械開關3，其中，主斷路器I和輔助斷路器6分別包括至少一個功率半導體開關器件，各個功率半導體開關器件相互串聯(lián)，且主斷路器I中功率半導體開關器件的數(shù)量大于輔助斷路器6中功率半導體開關器件的數(shù)量，第一非線性電阻2與主斷路器I相互并聯(lián)，第一高速機械開關3與輔助斷路器6相互串聯(lián)；還包括第二高速機械開關4，第一高速機械開關3和第二高速機械開關4分別與輔助斷路器6的兩端相串聯(lián)構成通態(tài)支路，通態(tài)支路與主斷路器I相并聯(lián)。
[0017]本發(fā)明設計的直流分斷裝置通過在輔助斷路器6的兩端串聯(lián)第一高速機械開關3和第二高速機械開關4，能夠有效為輔助斷路器6的工作過程提供更加全面的保護，而且有利于輔助斷路器6的隔離檢修，提高了直流分斷裝置整體的使用性能與維護的便捷性。
[0018]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:還包括第二非線性電阻5，第二非線性電阻5與所述輔助斷路器6相并聯(lián)，且第二非線性電阻5的動作電壓小于所述輔助斷路器6所能承受的最大電壓。
[0019]本發(fā)明設計的直流分斷裝置中，針對輔助斷路器6，設計第二非線性電阻5，且第二非線性電阻5的動作電壓小于所述輔助斷路器6所能承受的最大電壓，能夠有效保證了輔助斷路器6工作過程的安全性，防止輔助斷路器6因過壓而損壞，提高了使用壽命。
[0020]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述第一非線性電阻2的動作電壓大于所述第二非線性電阻5的動作電壓。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述功率半導體開關器件為絕緣柵極雙極型晶體管。
[0022]與此相應，本發(fā)明設計了一種直流分斷裝置的控制方法，包括正常工作模式和故障模式；其中，正常工作模式下，線路電流由所述通態(tài)支路進行輸送；故障模式下，包括如下步驟:
步驟01.控制所述輔助斷路器的功率半導體開關器件分斷，線路電流切換至主斷路器進行輸送；
步驟02.分別控制所述第一高速機械開關和所述第二高速機械開關斷開；
步驟03.控制所述主斷路器的功率半導體開關器件分斷，線路電流切換至所述第一非線性電阻，由所述第一非線性電阻將故障電流產生的電能以熱能的方式消耗。
[0023]本發(fā)明設計的直流分斷裝置的控制方法，通過控制第一高速機械開關3和所述第二高速機械開關4斷開，能夠及時將輔助斷路器6脫離出整個直流分斷裝置，實現(xiàn)對輔助斷路器6的保護與維護。
[0024]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案:所述步驟03中，分別同時控制所述第一高速機械開關3和所述第二高速機械開關4斷開。
[0025]本發(fā)明設計的直流分斷裝置的控制方法中，通過同時控制第一高速機械開關3和所述第二高速機械開關4斷開，使得兩個高速機械開關平均承擔分斷電壓，有效保證了高速機械開關斷開的工作過程，提高了整個直流分斷裝置的工作效率。
[0026]本發(fā)明設計的直流分斷裝置及控制方法在實際應用過程當中，設計直流分斷裝置能夠分斷±200kV高壓直流輸電線路電流，電流分斷能力為2kA。其中，主斷路器I應至少能夠承受400kV的分斷電壓，考慮一定裕量，按照分斷600kV設計，選擇兩個4.5kV/l.6kA的絕緣柵極雙極型晶體管并聯(lián)作為一個功率半導體開關器件，考慮在關斷時刻可能出現(xiàn)的電壓不均，對器件的耐壓設計要留有一定裕量，共需要200個功率半導體開關器件串聯(lián)，構成一個IGBT閥組，總器件數(shù)量為400。
[0027]與主斷路器I并聯(lián)的第一非線性電阻2應能夠將主斷路器I的兩端電壓限制在600kV以下,考慮一定裕量，第一非線性電阻2選取動作電壓為550kV的非線性電阻。
[0028]針對所述通態(tài)支路中的輔助斷路器6的設計，選擇兩個4.5kV/l.6kA的絕緣柵極雙極型晶體管并聯(lián)作為一個功率半導體開關器件，共需要兩個功率半導體開關器件，構成一個IGBT閥組串聯(lián)連接，并與第二非線性電阻5并聯(lián)連接，第二非線性電阻5的動作電壓小于所述輔助斷路器6所能承受的最大電壓，考慮一定裕量，第二非線性電阻5選取動作電壓為3.5kV的非線性電阻。
[0029]通態(tài)支路中的第一高速機械開關3和所述第二高速機械開關4共同分擔600kV的分斷電壓，考慮一定裕量，每個高速機械開關應能夠承受350kV的分斷電壓。
[0030]本發(fā)明設計的直流分斷裝置的控制方法在實際應用過程當中，包括正常工作模式和故障模式；其中，正常工作模式下，線路電流由所述通態(tài)支路進行輸送；故障模式下，按照如下操作順序執(zhí)行:
步驟01.當產生直流故障電流時，控制所述輔助斷路器6的功率半導體開關器件分斷，輔助斷路器6兩端的壓降升高，達到主斷路器I的導通壓降后，線路電流被切換至主斷路器I進行輸送；
步驟02.分別同時控制所述第一高速機械開關3和所述第二高速機械開關4斷開，將輔助斷路器6從整個直流分斷裝置中完全隔離出來，以防止分斷主斷路器I產生的高壓降施加到輔助斷路器上。
[0031]步驟03.控制所述主斷路器I的功率半導體開關器件分斷，主斷路器I兩端的壓降繼續(xù)升高，即第一非線性電阻2兩端的電壓繼續(xù)升高，當達到第一非線性電阻2的動作電壓時，第一非線性電阻2的電阻值隨兩端電壓的升高而減小，線路電流流向第一非線性電阻2，由第一非線性電阻2對線路電流消耗，吸收能量。
[0032]在實際應用過程當中，若沒有及時控制所述第一高速機械開關3和所述第二高速機械開關4斷開時，輔助斷路器6兩端不斷升高的電壓，會損害輔助斷路器6，此時，由于還包括第二非線性電阻5，第二非線性電阻5與所述輔助斷路器6相并聯(lián)，且第二非線性電阻5的動作電壓小于所述輔助斷路器6所能承受的最大電壓，當輔助斷路器6兩端的電壓不斷升高，達到第二非線性電阻5的動作電壓時，第二非線性電阻5開始工作，第二非線性電阻5的電阻隨輔助斷路器6兩端的電壓升高而減小，線路電流流向第二非線性電阻5，由第二非線性電阻5對線路電流消耗，進行隔離，從而保護了輔助斷路器6，防止輔助斷路器6因兩端電壓過高而損壞。
[0033]上面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【權利要求】
1.一種直流分斷裝置，包括主斷路器、輔助斷路器、第一非線性電阻和第一高速機械開關，其中，主斷路器和輔助斷路器分別包括至少一個功率半導體開關器件，各個功率半導體開關器件相互串聯(lián)，且主斷路器中功率半導體開關器件的數(shù)量大于輔助斷路器中功率半導體開關器件的數(shù)量，第一非線性電阻與主斷路器相互并聯(lián)，第一高速機械開關與輔助斷路器相互串聯(lián)；其特征在于:還包括第二高速機械開關，第一高速機械開關和第二高速機械開關分別與輔助斷路器的兩端相串聯(lián)構成通態(tài)支路，通態(tài)支路與主斷路器相并聯(lián)。
2.根據(jù)權利要求1所述一種直流分斷裝置，其特征在于:還包括第二非線性電阻，第二非線性電阻與所述輔助斷路器相并聯(lián)，且第二非線性電阻的動作電壓小于所述輔助斷路器所能承受的最大電壓。
3.根據(jù)權利要求2所述一種直流分斷裝置，其特征在于:所述第一非線性電阻的動作電壓大于所述第二非線性電阻的動作電壓。
4.根據(jù)權利要求1所述一種直流分斷裝置，其特征在于:所述功率半導體開關器件為絕緣柵極雙極型晶體管。
5.一種基于權利要求1至4中任意一項所述直流分斷裝置的控制方法，其特征在于，控制方法包括正常工作模式和故障模式；其中，正常工作模式下，線路電流由所述通態(tài)支路進行輸送；故障模式下，包括如下步驟:步驟01.控制所述輔助斷路器的功率半導體開關器件分斷，線路電流切換至主斷路器進行輸送；步驟02.分別控制所述第一高速機械開關和所述第二高速機械開關斷開步驟03.控制所述主斷路器的功率半導體開關器件分斷，線路電流切換至所述第一非線性電阻，由所述第一非線性電阻將故障電流產生的電能以熱能的方式消耗。
6.根據(jù)權利要求5所述一種直流分斷裝置的控制方法，其特征在于:所述步驟03中，分別同時控制所述第一高速機械開關和所述第二高速機械開關斷開。
【文檔編號】H02H3/08GK103441468SQ201310370566
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權日:2013年8月23日
【發(fā)明者】楊浩, 曹冬明, 王宇, 楊兵, 石巍, 呂瑋, 劉為群, 方太勛 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 常州博瑞電力自動化設備有限公司