一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法技术

技术编号:14903413 阅读:118 留言:0更新日期:2017-03-29 18:44
本发明专利技术公开揭示了一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法。所述直流断路器包括主电流电路和转移电流电路,主电流电路包含快速机械开关或者机械开关与电力电子器件的组合,转移电流电路包含避雷器和互感器。互感器产生的电压可以直接将电流转移至避雷器,省去了电流向电容器或者电力电子器件转移的过程,具有高限流或高开断速度。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,提高了动作可靠性。在转移电流电路互感器的原边侧使用功率半导体器件或触发间隙组成桥式电路,实现双向电流转移,桥式电路的耐压和成本低。

Magnetic pulse induction transfer type DC circuit breaker and use method thereof

The invention discloses a magnetic pulse induction transfer type DC circuit breaker and a method for using the same. The DC circuit breaker comprises a main current circuit and current transfer circuit, the main circuit current contains a combination of fast mechanical switches or mechanical switches and power electronic devices, the current transfer circuit comprises a lightning arrester and transformer. The voltage generated by the mutual inductor can directly transfer the current to the lightning arrester, and the process of transferring the current to the capacitor or the power electronic device is omitted. The isolation of the capacitor charging unit and the DC system can significantly reduce the voltage level and the volume of the charging unit and improve the operation reliability. The utility model is characterized in that the utility model uses a power semiconductor device or a trigger gap to form a bridge circuit on the primary side of the current transformer of the current transfer circuit to realize the bidirectional current transfer, and the bridge circuit has the advantages of low voltage and low cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于中高压断路器领域。特别地,涉及一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法。
技术介绍
随着直流电力系统容量的不断提升,直流输变电技术蓬勃发展,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。由于直流系统短路电流峰值在很短的时间内就会上升至很高的水平,因此其短路故障的切除和保护是直流系统发展面临的重要问题。直流分断的难点主要体现在两个方面:一是直流电流不像交流电流那样有自然过零点,所以电流过零非常困难,需要人为创造电流过零点;二是短路电流分断过程中直流断路器需要吸收巨大的能量。目前常用的方法是通过转移电容器或者可关断电力电子器件建立反向电压来实现电流开断,对于转移电容器方案,其主要的缺陷是体积大、小电流分断时间长、需要复杂的充放电设备;对于可关断电力电子器件方案,其主要问题是控制复杂、成本高、需要复杂的水冷系统等。因此,如何简化直流断路器结构,降低成本和体积,提高转移效率,实现不同等级电流的快速开断已经成为制约直流断路器发展的核心问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足,本专利技术提出一种磁脉冲感应转移式直流断路器,所述断路器包括主电流电路、转移电流电路和接入端口。所述主电流电路由机械开关、电力电子器件以及限流器中的一个或多个串联或者并联组成,用于连续承载电流或者临时导通电流。所述转移电流电路,用于承受从主电流电路转移过来的电流,包括第一电路和第二电路;所述第一电路包括副边电感器和避雷器,所述副边电感器与避雷器相串联;所述第二电路包括第三电路,所述地三电路由预充电电容和电感相串联组成;所述第二电路还包括第一功率半导体器件、第二功率半导体器件、第三功率半导体器件、第四功率半导体器件和原边电感器;所述第一至第四功率半导体器件和所述第三电路组成桥式电路,所述桥式电路与所述原边电感器串联;所述原边电感器和副边电感器组成互感器;所述接入端口用于和外部相连接。优选地,所述机械开关包括基于弹簧机构的普通机械开关、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中的一种;优选地,所述限流器包括超导故障限流器、液态金属限流器、PTC限流器中的一种。优选地,所述避雷器由氧化锌避雷器、管型避雷器或者阀型避雷器的一个或者多个串并联。优选地,所述第一电路与主电流电路并联,所述第二电路与第一电路之间选择绝缘或者不绝缘。优选地,所述原边电感器和副边电感器为空心电感器或含磁芯的电感器,由一个或多个电感串联或并联组成。优选地,所述第一至第四功率半导体器件和所述第三电路组成桥式电路,所述桥式电路与所述原边电感器串联的连接关系为:所述第一功率半导体器件与所述第二功率半导体器件串联;所述第三功率半导体器件与所述第四功率半导体器件串联;所述第一功率半导体器件与所述第二功率半导体器件之间具有第一端点;所述第三功率半导体器件与所述第四功率半导体器件之间具有第二端点;所述第三电路连接于所述第一端点和所述第二端点之间;所述第一功率半导体器件的第一端与所述原边电感器的第一端以及所述第三功率半导体器件的第一端连接;所述第一功率半导体器件的第二端与所述第二功率半导体器件的第一端和所述第三电路的第一端连接;所述第三电路的第二端与所述第三功率半导体器件的第二端连接和所述第四功率半导体器件的第一端连接;所述第二功率半导体器件的第二端与所述原边电感器的第二端以及所述第四功率半导体器件的第二端连接。优选地,所述第一至第四功率半导体器件包括:电力二极管、晶闸管、IGBT、IGCT中的一个或多个串并联组合。本法明还提出一种磁脉冲感应转移式直流断路器的使用方法,所述方法包括:正常工作状态下,电流从所述磁脉冲感应转移式直流断路器中的主电流电路中流过;此时,所述转移电流电路中的避雷器、第一至第四功率半导体器件处于关断状态,所述第一电路和所述第二电路中均没有电流流过;当所述磁脉冲感应转移式直流断路器需要动作时,通过测量所述主电流电路的电流幅值和变化率,确定所述转移电流电路中功率半导体器件或触发间隙以及主电流电路中的机械开关、功率半导体器件是否动作以及相应的动作时序。本法明还提出一种磁脉冲感应转移式直流断路器的使用方法,所述方法包括如下步骤:步骤0,系统正常运行,所述主电流电路导通,所述第一至第四功率半导体器件断开,电流全部从所述主电流电路中的机械开关流过。步骤1,系统发生短路故障,所述主电流电路中电流开始上升;当所述主电流电路中的电流超过系统短路阈值时,控制器向主电流回路机械开关发出分闸信号;由于机械开关动作有延时,此时尚未形成断口。步骤2,所述第二至第三功率半导体器件导通,预充电的第三电路与原边电感器形成放电回路;同时,在互感作用下,所述第一电路的副边电感器两端产生快速上升的电压,直至避雷器导通;主电流回路电流逐渐向所述转移电流电路的第一电路转移。步骤3,主回路电流全部转移到转移电流电路中的第一电路;随后机械开关触头两端形成断口;步骤4,由于避雷器导通电压高于系统高电压,转移电流电路电流快速下降至零,开断结束;步骤5,转移电流电路第二电路电流快速降为零。本法明还提出一种磁脉冲感应转移式直流断路器的使用方法,所述方法包括如下步骤:S1、根据主电流电路的电流幅值和变化率或者根据接收到的外部转移指令,判断是否出现短路故障,若是,向主电流电路中的机械开关发出分闸信号;S2、根据所述电路电流流动方向,导通第一与第四功率半导体器件(B1,B4)或第二与第三功率半导体器件(B2,B3),所述导通后的半导体器件(B1,B4;B2,B3)与第三电路(A3)和电感组成放电回路;副边电感器(L0)两端产生上升的电压,直至所述避雷器导通,主电流电路中的电流逐渐向所述第一电路转移;S3、当主电路电流中的电流完全转移后,所述避雷器两端建立电压,完成电流限制或者分断功能。本专利技术具有如下有益效果:1)通过互感器产生的电压可以直接将电流转移至避雷器,省去了电流向电容器或者电力电子器件转移的过程,具有高限流或者开断速度,可靠性远高于传统的技术。2)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,提高了动作可靠性。3)在转移电流电路互感器的原边侧使用功率半导体器件或触发间隙组成桥式电路,实现双向电流转移,桥式电路的耐压和成本低。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明;图1是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器的结构示意图;图2是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器的单向工作时的结构示意图;图3是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器的另一种单向工作时的结构示意图;图4是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器电流标志示意图;图5(a)-(c)是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器的转移电流时各电路电流流向示意图;图6是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器对应于图5的转移电流时各电路中电流变化曲线图;图7至图12均为根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器图;图13是根据本公开一个实施例中的双向分断的混合式断路器的分断方法的步骤示意图。具体实施方式为了使本
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【技术保护点】
一种磁脉冲感应转移式直流断路器,其特征在于:所述电路包括主电流电路、转移电流电路和接入端口;所述主电流电路由机械开关、电力电子器件以及限流器中的一个或多个串联或者并联组成,用于连续承载电流或者临时导通电流;所述转移电流电路,用于承受从主电流电路转移过来的电流,包括第一电路和第二电路;所述第一电路包括副边电感器(L1)和避雷器,所述副边电感器(L1)与避雷器相串联;所述第二电路包括第三电路(A3),所述地三电路(A3)由预充电电容和电感相串联组成;所述第二电路还包括第一功率半导体器件(B1)、第二功率半导体器件(B2)、第三功率半导体器件(B3)、第四功率半导体器件(B4)和原边电感器(L0);所述第一至第四功率半导体器件(B1,B2,B3,B4)和所述第三电路(A3)组成桥式电路,所述桥式电路与所述原边电感器(L0)串联;所述原边电感器(L0)和副边电感器(L1)组成互感器;所述接入端口用于和外部相连接。

【技术特征摘要】
1.一种磁脉冲感应转移式直流断路器,其特征在于:所述电路包括主电流电路、转移电流电路和接入端口;所述主电流电路由机械开关、电力电子器件以及限流器中的一个或多个串联或者并联组成,用于连续承载电流或者临时导通电流;所述转移电流电路,用于承受从主电流电路转移过来的电流,包括第一电路和第二电路;所述第一电路包括副边电感器(L1)和避雷器,所述副边电感器(L1)与避雷器相串联;所述第二电路包括第三电路(A3),所述地三电路(A3)由预充电电容和电感相串联组成;所述第二电路还包括第一功率半导体器件(B1)、第二功率半导体器件(B2)、第三功率半导体器件(B3)、第四功率半导体器件(B4)和原边电感器(L0);所述第一至第四功率半导体器件(B1,B2,B3,B4)和所述第三电路(A3)组成桥式电路,所述桥式电路与所述原边电感器(L0)串联;所述原边电感器(L0)和副边电感器(L1)组成互感器;所述接入端口用于和外部相连接。2.根据权利要求1所述的直流断路器,其特征在于,优选的,所述机械开关包括基于弹簧机构的普通机械开关、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中的一种;所述限流器包括超导故障限流器(SFCL)、液态金属限流器(LMFCL)、PTC限流器中的一种。3.根据权利要求1所述的直流断路器,其特征在于:所述避雷器由氧化锌避雷器、管型避雷器或者阀型避雷器的一个或者多个串并联。4.根据权利要求1所述的直流断路器,其特征在于:所述第一电路与主电流电路并联,所述第二电路与第一电路之间选择绝缘或者不绝缘。5.根据权利要求1所述的直流断路器,其特征在于:所述原边电感器(L0)和副边电感器(L1)为空心电感器或含磁芯的电感器,由一个或多个电感串联或并联组成。6.根据权利要求1所述的直流断路器,其特征在于:所述第一至第四功率半导体器件(B1,B2,B3,B4)和所述第三电路(A3)组成桥式电路,所述桥式电路与所述原边电感器(L0)串联的连接关系为:所述第一功率半导体器件(B1)与所述第二功率半导体器件(B2)串联;所述第三功率半导体器件(B3)与所述第四功率半导体器件(B4)串联;所述第一功率半导体器件(B1)与所述第二功率半导体器件(B2)之间具有第一端点;所述第三功率半导体器件(B3)与所述第四功率半导体器件(B4)之间具有第二端点;所述第三电路(A3)连接于所述第一端点和所述第二端点之间;所述第一功率半导体器件(B1)的第一端与所述原边电感器(L0)的第一端以及所述第三功率半导体器件(B3)的第一端连接;所述第一功率半导体器件(B1)的第二端与所述第二功率半导体器件(B2)的第一端和所述第三电路(A3)的第一端连接;所述第三电路(A3)的第二端与所述第三功率半导体器件(B3)的第二端连接...

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

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