一种磁感应转移式直流断路器制造技术

本公开涉及一种磁感应转移式直流断路器，所述断路器包括并联的主电流电路和转移电流电路；所述主电流电路用于通过正常工作状态下的电流；当所述断路器所在电路系统出现短路故障时，所述转移电流电路用于将短路故障电流从主电流电路转移。所述转移电流电路采用桥式结构，通过控制转移电路中导通控件的动作时序，可避免主电流电路高速开关断口反向电流，提高分断能力；通过采用互感器加速短路电流的转移速度，通过一组全控型功率半导体器件实现对电流的双向分断。

【技术实现步骤摘要】

本公开属于中高压断路器领域，具体涉及一种磁感应转移式直流断路器。
技术介绍
随着电力系统容量的不断提升，直流输变电设备蓬勃发展，同时也对系统稳定和安全提出了更高的要求。在电力系统可能会发生的各种故障里面，对于电网危害最大，发生概率很高的就是短路故障。当电力系统中发生短路故障后，快速上升的短路电流会造成十分严重的后果。典型的零电流型结构混合式断路器利用串联在转移电流电路中的预充电电容放电产生的反向脉冲电流来抵制高速机械开关中的电流，进而在高速机械开关中创造一个电流过零点。这种结构简单、可靠，但是开断结束后预充电电容电压等于系统电压，给电容充电的充电单元必须能承受较高的系统电压，增加了充电单元的制造成本、难度和体积，成为限制该种混合式断路器推广的原因之一。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本公开的目的在于提供一种磁感应转移式直流断路器，所述断路器包括主电流电路、转移电流电路，其中：所述主电流电路用于通过正常工作状态下的电流；当所述断路器所在电路系统出现短路故障时，所述转移电流电路用于将短路故障电流从主电流电路转移。进一步地，所述转移电流电路包括电路1、电路2、电路3、电路4、电路5、电路6；当所述断路器所在电路系统出现短路故障时，由电路1、电路5、电路6、电路4形成第一转移电流支路，或者由电路2、电路5、电路6、电路3形成第二转移电流支路；其中：所述电路1、电路3、电路6用于控制第一转移电流支路的导通与断开，所述电路2、电路4、电路6用于控制第二转移电流支路的导通或断开；所述电路3，用于当所述第一转移电流支路工作时续流，并在断路器的断开达到隔离安全时断开；所述电路4，用于当所述第二转移电流支路工作时续流，并在所述主电流电路机械开关无弧打开形成的断口的绝缘强度大于电流击穿强度时断开；所述电路5，用于在发生短路故障时放电，以加速主电流电路向第一转移电流支路或者第二转移电流支路转移；以及所述电路6，在短路电流达到阈值时断开，并进行过电压保护。优选地，所述电路1与电路2串联，所述电路3与电路4串联，所述电路5与电路6串联；串联后的电路1与电路2与串联后的电路3与电路4并联；串联后的电路1与电路2与主电流电路并联；串联后的电路5与电路6一端连接电路1与电路2之间的连接处，另一端连接电路3与电路4之间的连接处。具体地，所述主电流电路包括第一机械开关；所述第一机械开关的类型包括：基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关。具体地，所述电路1包括第一导通控件，所述电路2包括第二导通控件；所述第一导通控件、第二导通控件均包括下述任一或者其任意组合：真空触发间隙、气体触发间隙、基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关、基于爆炸驱动的高速机械开关。具体地，所述电路3包括串联的第三导通控件和第四导通控件；所述电路4包括串联的第五导通控件和第六导通控件；所述第三导通控件、第五导通控件的类型均包括：基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关；所述第四导通控件、第六导通控件均包括任一个功率半导体器件或者任意功率半导体器件的组合。具体地，所述电路5包括原边电感器、副边电感器、储能元件、第八导通控制件，其中：所述原边电感和副边电感组成互感器；所述储能元件，第八导通控制件串联后与副边电感器并联。优选地，所述储能元件包括预充电电容、超导电感；所述第八导通控制件包括下述任一或者其任意组合：半控型功率半导体器件、全控型功率半导体器件、触发间隙。具体地，所述电路6包括并联的第七导通控件、钳位电路，其中：所述第七导通控件包括一个全控型功率半导体器件或者任意全控型功率半导体器件的组合；所述钳位电路包括金属氧化物压敏电阻(MOV)，所述金属氧化物压敏电阻包括压敏电阻或氧化锌阀片组成的避雷器。优选地，所述避雷器的最小导通电流为1mA。本公开涉及的断路器通过控制转移电流电路的功率半导体器件按照一定时序导通，可以实现高速机械开关触头无弧打开，并且避免了反向电流的出现，触头间介质恢复特性好。转移电流电路使用桥式结构，仅用一组单向具有可关断能力功率半导体器件就可以实现对电流的双向分断，相对于现有设计，最少节省了50％的单向具有可关断能力功率半导体器件，有效降低断路器控制复杂程度与制造成本。通过在转移电流电路中串联互感器，控制互感器与直流系统隔离的原边侧的电容放电产生脉冲电流，在与直流系统连接的互感器副边侧感应出脉冲电流来转移高速机械开关中的电流，产生电流过零点。可以实现电容充电单元与直流系统的隔离，显著减小充电单元的电压等级与体积，提高开断的可靠性。附图说明图1是本公开一个实施例中断路器本体结构示意图；图2是本公开一个实施例中断路器单向工作时的一种电流转移示意图；图3是本公开一个实施例中断路器单向工作时的另一种电流转移示意图；图4是本公开一个实施例的一种具体实施实例图；图中：第一导通控件A1、第一导通控件A2为真空触发间隙；第四导通控件A3、第六导通控件A4为电力二极管；第七导通控件A6为IGBT串并联组成；储能元件B1为预充电电容器；第八导通控制件B2为晶闸管；图5是本公开一个实施例的另一种具体实施实例图；图中：第一导通控件A1、第一导通控件A2为空气触发间隙；第四导通控件A3、第六导通控件A4为晶闸管；第七导通控件A6为IGCT串并联组成；储能元件B1为超导电感；第八导通控制件B2为电力二极管；图6是本公开一个实施例中分断电流时转移电流电路电流标志示意图；图7是根据图6中的电流标识，在分断电流时一条转移电流支路上各电路的电流变化曲线图；图8(a)是本公开一个实施例中分断电流时系统正常运行时电流的方向；图8(b)是图8(a)电流方向下分断电流时电流向第一导通控件A1，第七导通控件A6，副边电感器L1，第六导通控件A4和第五导通控件S2组成的转移支路转移过程电流的方向；图8(c)是图8(a)电流方向下第四导通控件A3和第三导通控件S1组成支路续流过程电流的方向；图8(d)是图8(a)电流方向下分断电流时电流完全转移到第一导通控件A1，第七导通控件A6，副边电感器L1，第六导通控件A4和第五导通控件S2组成的转移支路转移过程电流的方向；图8(e)是图8(a)电流方向下电流向避雷器转移示意图；图8(f)是图8(a)电流方向下断路器两端的电压达到最高值时，避雷器导通的示意图；图9(a)是本公开一个实施例中分断电流时系统正常运行时电流的方向；图9(b)是图9(a)电流方向下分断电流时电流向第二导通控件A2，副边电感器L1，第七导通控件A6，第四导通控件A3和第三导通控件S1组成的转移支路转移过程电流的方向；图9(c)是图9(a)电流方向下第六导通控件A4和第五导通控件S2组成支路续流过程电流的方向；图9(d)是图9(a)电流方向下分断电流时电流完全转移到第二导通控件A2，副边电感器L1，第七导通控件A6，第四导通控件A3和第三导通控件S1组成的转移支路转移过程电流的方向；图9(e)是图9(a)电流方向下电流向避雷器转移示意图；图9(f)是图9(a)电流方向下断路器两端的电压达到最高值避雷器导通的示意图。具体实施方式在一个基础的实施例中，本公开公开了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁感应转移式直流断路器，其特征在于：所述断路器包括主电流电路、转移电流电路，其中：所述主电流电路用于通过正常工作状态下的电流；当所述断路器所在电路系统出现短路故障时，所述转移电流电路用于将短路故障电流从主电流电路转移。

【技术特征摘要】
1.一种磁感应转移式直流断路器，其特征在于：所述断路器包括主电流电路、转移电流电路，其中：所述主电流电路用于通过正常工作状态下的电流；当所述断路器所在电路系统出现短路故障时，所述转移电流电路用于将短路故障电流从主电流电路转移。2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：优选的，所述转移电流电路包括电路1、电路2、电路3、电路4、电路5、电路6；当所述断路器所在电路系统出现短路故障时，由电路1、电路5、电路6、电路4形成第一转移电流支路，或者由电路2、电路5、电路6、电路3形成第二转移电流支路；其中：所述电路1、电路3、电路6用于控制第一转移电流支路的导通与断开，所述电路2、电路4、电路6用于控制第二转移电流支路的导通或断开；所述电路3，用于当所述第一转移电流支路工作时续流，并在断路器的断开达到隔离安全时断开；所述电路4，用于当所述第二转移电流支路工作时续流，并在所述主电流电路机械开关无弧打开形成的断口的绝缘强度大于电流击穿强度时断开；所述电路5，用于在发生短路故障时放电，以加速主电流电路向第一转移电流支路或者第二转移电流支路转移；以及所述电路6，在短路电流达到阈值时断开，并进行过电压保护。3.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：所述电路1与电路2串联，所述电路3与电路4串联，所述电路5与电路6串联；串联后的电路1与电路2与串联后的电路3与电路4并联；串联后的电路1与电路2与主电流电路并联；串联后的电路5与电路6一端连接电路1与电路2之间的连接处，另一端连接电路3与电路4之间的连接处。4.根据权利要求1-3任一所述的断路器，其特征在于：所述主电流电路包括第一机械开关；所述第一机械开关的类型包括：基于电磁斥力的高速机械开...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣命哲，杨飞，吴益飞，吴翊，张含天，纽春萍，胡杨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61