一种磁感应转移和限流保护相结合的直流断路器，包括主电流电路和转移电流电路；其中，主电流电路与转移电流电路并联；主电流电路为快速开关；转移电流电路由电路1至电路6组成桥式电路；电路1与电路2串联后与主电流电路并联；电路1，电路2由真空、气体触发间隙或者高速机械开关组成所述转移电流电路采用桥式结构，仅用一组单向具有分断功能的组件就可以实现电流的双向分断，相比于现有结构可关断器件的使用量可以减少50％。同时，转移电路内部包含辅助耗能模块电路5以及开断模块电路6，通过将主电路的电流转移至辅助耗能模块可以进一步降低开断模块中可关断器件的使用量，因此总的可关断器件使用量变为原来的25％，减小断路器成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于中高压断路器领域，具体涉及一种磁感应转移和限流保护相结合的直流断路器。
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。典型的混合式断路器利用全控型电力电子器件实现电流的快速转移和分断，成本昂贵并且需要复杂的水冷系统，难以在未来中高压直流系统中推广。为了减少全控型电力电子器件的使用量，提出了一种磁感应转移和限流保护相结合的直流断路器。利用感应模块将电流转移至电容和辅助耗能模块，不仅可以吸收部分开断能量，而且可以提前故障电流限制在一定的水平以下。利用这种耗能限流结构，可以将断路器IGBT器件的使用量可以减小到现有断路器的25％，并且不需要复杂的冷却系统。此外，该结构具有燃弧时间短、分断速度快等优点，工程应用性较强。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本专利技术的目的在于提供一种磁感应转移和限流保护相结合的直流断路器；其技术方案如下：磁感应转移和限流保护相结合的直流断路器，包括主电流电路、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；所述转移电流电路用于当出现短路故障电流时，实现短路故障电流从主电流电路的转移，并且限制和分断短路故障电流。优选为：所述转移电流电路包括第一电路至第六电路；所述第一电路与第二电路串联，所述第三电路与第四电路串联，所述第五电路与第六电路串联，所述第一电路与第二电路之间的端点、第三电路与第四电路之间的端点处连接有第五电路和第六电路。优选为：所述主电流电路包括高速机械开关S；所述第一电路和第二电路可以为真空、气体触发间隙或者高速机械开关及其串并联组合；所述第三电路、第四电路分别为高速机械开关S1、S2与功率半导体器件A3、A4串联；所述第五电路包括原边电感器L0，副边电感器L1，预充电电容或超导电感组成的B1电路、功率半导体器件或触发间隙组成的B2电路、电容C以及避雷器MOV1，所述原边电感L0和副边电感L1组成互感器，所述L0，B1和B2串联，所述电容C和电阻并联后与感应模块串联；所述第六电路由具有能够关断电流能力的功率半导体器件与避雷器MOV并联组成。优选为：所述组成互感器的原边电感器和副边电感器为空心电感或含磁芯的电感器。优选为：所述主电流电路中快速开关S或第一至第四电路中的快速开关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。优选为：当所述断路器在正常工作状态下，电流从所述主电流电路流过，此时转移电流电路和过电压限制电路没有电流流过。优选为：所述功率半导体器件A3、A4可以为但不限于电力二极管、晶闸管、IGBT、IGCT、GTO等；B2为具有半控功能的功率半导体器件一个或多个串并联而成，包括但不限于晶闸管、IGBT、IGCT、GTO等。优选为：所述第六电路中功率半导体器件为全控型功率半导体器件，包括但不限于IGBT、IGCT、GTO中一个或任意多个组合。优选为：所述第六电路中功率半导体器件为全控型功率半导体器件，包括但不限于IGBT、IGCT、GTO中一个或任意多个组合。优选为：所述第五电路中的MOV1和第六电路中MOV包括压敏电阻或氧化锌阀片组成的避雷器。本专利技术所述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，可以快速转移、限制并开断短路电流。同时，快速开关燃弧时间短，并且具有弧后恢复时间，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75％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是本专利技术一个实施例中断路器本体结构示意图；图2是本专利技术一个实施例中断路器单向工作时的一种结构示意图；图3是本专利技术一个实施例中断路器单向工作时的另一种结构示意图；图4是本专利技术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5(a)是本专利技术一个实施例中分断电流时系统正常运行时电流的方向；图5(b)是本专利技术一个实施例中分断电流时电流向触发间隙或高速开关A1，电路A6，电感器L1，功率半导体器件A4和高速开关S2组成的转移支路转移过程电流的方向；图5(c)是本专利技术一个实施例中功率半导体器件A3和高速开关S1组成支路续流过程电流的方向；图5(d)是本专利技术一个实施例中分断电流时电流完全转移到触发间隙或高速开关A1，电路A6，电感器L1，功率半导体器件A4和高速开关S2组成的转移支路转移过程电流的方向；图5(e)是本专利技术一个实施例中分断电流时电路A6中的电流由可关断器件向MOV转移时的电流方向示意图；图5(f)是本专利技术一个实施例中分断电流时电路A6中的电流全部转移到MOV时的电流方向示意图；图6(a)是本专利技术一个实施例中分断电流时系统正常运行时电流的方向；图6(b)是本专利技术一个实施例中分断电流时电流向触发间隙或高速开关A2，电感器L1，电路A6，功率半导体器件A3和高速开关S1组成的转移支路转移过程电流的方向；图6(c)是本专利技术一个实施例中功率半导体器件A4和高速开关S2组成支路续流过程电流的方向；图6(d)是本专利技术一个实施例中分断电流时电流完全转移到触发间隙或高速开关A2，电感器L1，电路A6，功率半导体器件A3和高速开关S1组成的转移支路转移过程电流的方向；图6(e)是本专利技术一个实施例中分断电流时电路A6中的电流由可关断器件向MOV转移时的电流方向示意图；图6(f)是本专利技术一个实施例中分断电流时电路A6中的电流全部转移到MOV时的电流方向示意图；图7是根据本专利技术一个实施例的磁感应转移和辅助耗能相结合的直流断路器的相应于图5的分断电流时各电路中电流变化曲线图；图8是本专利技术一个实施例的一种具体实施实例图，所示实例中，A1、A2为真空触发间隙；A3、A4为电力二极管；A6为IGBT串并联组成；B1为预充电电容器，B2为晶闸管；图9是本专利技术一个实施例的另一种具体实施实例图，所示实例中，A1、A2为空气触发间隙；A3、A4为晶闸管；A6为IGCT串并联组成；B1为超导电感，B2为电力二极管。具体实施方式以下结合附图1-9来说明本专利技术的具体实施方式。在一个实施例中，本专利技术公开了一种磁感应转移和限流保护相结合的直流断路器，所述断路器包括主电流电路、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；所述转移电流电路用于当出现短路故障电流时，实现短路故障电流从主电流电路的转移。在本实施例中，如图1所示的断路器本体结构示意图，包括主电流电路、转移电流电路以及过电压限制电路。为了更好的说明断路器分断过程，如图2所示给出了断路器电流从左侧向右侧的结构示意图，为体现本实施例包含的混合式断路器具有双向功能，图3给出电流从右侧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁感应转移和限流保护相结合的直流断路器，其特征在于：包括主电流电路、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；所述转移电流电路用于当出现短路故障电流时，实现短路故障电流从主电流电路的转移，并且限制和分断短路故障电流。
【技术特征摘要】
1.一种磁感应转移和限流保护相结合的直流断路器，其特征在于：包括主电流电路、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；所述转移电流电路用于当出现短路故障电流时，实现短路故障电流从主电流电路的转移，并且限制和分断短路故障电流。2.根据权利要求1所述的磁感应转移和限流保护相结合的直流断路器，其特征在于：优选的，所述转移电流电路包括第一电路至第六电路；所述转移电流电路包括第一电路至第六电路；所述第一电路与第二电路串联，所述第三电路与第四电路串联，所述第五电路与第六电路串联，所述第一电路与第二电路之间的端点、第三电路与第四电路之间的端点处连接有第五电路和第六电路。3.根据权利要求2所述的磁感应转移和限流保护相结合的直流断路器，其特征在于：所述主电流电路包括高速机械开关S；所述第一电路和第二电路为真空、气体触发间隙或者高速机械开关及其串并联组合；所述第三电路、第四电路分别为高速机械开关S1、S2与功率半导体器件A3、A4串联；所述第五电路包括原边电感器L0，副边电感器L1，预充电电容或超导电感组成的B1，功率半导体器件或触发间隙组成的B2，电容C以及避雷器MOV1，所述原边电感L0和副边电感L1组成互感器，所述L0，B1和B2串联，所述电容C和电阻并联后与感应模块串联；所述第六电路由具有能够关断电流能力的功率半导体器件与避...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，荣命哲，吴益飞，吴翊，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
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