一种无弧直流断路器制造技术

本实用新型专利技术提出一种无弧直流断路器，所述断路器采用磁感应转移和电阻限流相结合的方式，断路器包括主电流电路和转移电流电路。转移电流电路具有桥式结构，利用一组单向具有分断功能的组件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一半。通过控制触发间隙、高速开关以及功率半导体的动作时序，实现主电流电路的快速开关无弧分闸，同时显著提高断路器分断能力。本实用新型专利技术利用转移电流电路内部的限流模块电路快速限制短路故障电流，进而降低开断模块电路的全控型器件的并联组数。与现有的断路器结构相比，大大减少可关断器件使用量，显著减小断路器成本。

【技术实现步骤摘要】
一种无弧直流断路器
本技术属于高压断路器领域，具体涉及一种磁感应转移和电阻限流相结合的无弧直流断路器。
技术介绍
目前，高压直流电流开断仅能满足“点对点”式直流输电换流站中负荷电流转换的需求，尚不能开断系统电压下的短路故障电流，其开断速度也受到一定限制。已有研究表明，基于自激振荡过零、强迫振荡过零和混合式开断方法的高压直流短路开断存在着诸多的难点没有解决，导致人们对影响高压直流开断能力和开断速度的主要理论基础尚不清晰。同时，由于对短路电流高压直流开断技术的关注不够，相关的实验数据和经验积累也不足，行业研究人员不得不依靠反复的试验来进行产品的研发，这就大大滞缓了研发进度并增加了成本，限制了产品的优化设计和性能的提高。由此可见，开展高压直流开断技术相关研究的任务十分迫切。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，提出了一种一种磁感应转移和电阻限流相结合的无弧直流断路器。利用感应模块利用感应模块快速将电流转移至电容和电阻，一方面可以实现快速开关无弧分闸，提高断口耐压能力；另一方面通过电阻限流可以将电流限制在一定的水平以下，然后利用IGBT器件实现电流的关断。这种断路器IGBT器件的使用量可以显著减小到现有断路器的25％，并且不需要复杂的冷却系统，具备转移速度快、耐压能力强、可靠性高等优点，具有较高的可行性。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本技术提出一种磁感应转移和电阻限流相结合的无弧直流断路器，所述断路器包括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；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。所述转移电流电路是由第一电路、第二电路、第三电路、第四电路、感应模块、过压保护模块、电容器和电阻器组成的桥式电路。所述第一电路和第二电路串联后与所述第三电路和第四电路串联形成的电路并联；所述第一电路和第二电路之间具有第一端点；所述第三电路和第四电路之间具有第二端点；所述感应模块中的副边电感器、所述电阻器与电容器并联形成的电路、所述过压保护模块形成串联电路，并连接于所述第一端点与所述第二端点之间形成所述桥式电路。优选地，所述主电流电路包括高速机械开关和与所述高速机械开关串联的可控器件。优选地，所述第一电路、第二电路、第三电路、第四电路为真空、气体触发间隙或者高速机械开关及其串并联组合。优选地，所述感应模块包括：副边电感器、原边电感器、第一互感模块、第二互感模块；所述副边电感器、原边电感器组成互感器，所述原边电感器与第一互感模块、第二互感模块串联形成闭合回路；所述第一互感模块由预充电电容或超导电感组成，所述第二互感模块由具有半控功能的功率半导体器件、气体触发间隙或者真空触发间隙中的一个或多个串并联而成。优选地，所述副边电感器、原边电感器为空心电感或含磁芯的电感器。优选地，所述过压保护模块由功率半导体器件与避雷器并联组成，所述功率半导体器件具有关断电流的功能；所述避雷器为压敏电阻或氧化锌阀片组成的避雷器。优选地，所述电阻器选自碳膜电阻、金属膜电阻、金属氧化膜电阻、线绕电阻、大功率线绕电阻、有机实心电阻、熔断电阻、水泥电阻、超导限流电阻、液态金属电阻、PTC电阻。优选地，所述主电流电路中快速开关、所述第一电路、第二电路、第三电路、第四电路中的高速机械开关选自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。本技术具有如下有益效果：一、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％。二、通过控制触发间隙、高速开关以及功率半导体的动作时序，可以实现主电流电路的快速开关无弧分闸，显著提高断路器分断能力。三、利用转移电流电路内部的限流模块电路可以快速限制短路故障电流，进而降低开断模块电路的全控型器件的并联组数。与现有的断路器结构相比，能够大大减少可关断器件使用量，显著减小断路器成本。附图说明下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明：图1是本技术一个实施例中断路器本体结构示意图；图2是本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)-5(f)给出了分断电流时转移电流电路中各支路电流方向；图6(a)-6(f)给出了分断电流时转移电流电路中各支路电流方向；图7是根据本技术一个实施例的磁感应转移的限流开断式直流断路器的分断电流时各电路中电流变化曲线图；图8是本技术一个实施例的一种具体实施实例图；图9是本技术一个实施例的另一种具体实施实例图；图10是本技术一个实施例的另一种具体实施实例图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图1-10，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。以下详细描述实际上仅是示例性的而并不意欲限制应用和使用。此外，并不意欲受以上
、背景、简要概述或以下详细描述中呈现的任何明确或暗示的理论约束。除非明确地具有相反的描述，否则词语“包括”及其不同的变型应被理解为隐含包括所述的部件但不排除任意其他部件。以下结合附图来说明本技术的具体实施方式。在一个实施例中，本技术公开了一种磁感应转移和电阻限流相结合的无弧直流断路器，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给出电流从右侧向左侧的结构示意图。所述断路器能够接受不同方向的系统电流，即为双向断路器。在一个实施例中，所述主电流电路包括高速机械开关S和相互反并联的晶闸管。在一个实施例中，所述转移电流电路包括电路1至电路6。所述电路1与电路2串联，电路3与电路4串联，电路5与电路6串联，电路1与电路2之间的端点、电路3与电路4之间的端点处连接有电路5和电路6。在本实施例中，所述电路1与电路2串联组成一二转移电路支路，所述一二支路与主电流电路并联；所述电路3与电路4串联组成三四转移电路支路，所述三四支路与主电流电路并联。在一个实施例中，所述电路1至电路4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；所述电路5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以及电阻R，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无弧直流断路器，其特征在于：所述断路器包括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；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；所述转移电流电路是由第一电路(1)、第二电路(2)、第三电路(3)、第四电路(4)、感应模块(5)、过压保护模块(6)、电容器(C)和电阻器(R)组成的桥式电路；所述第一电路(1)和第二电路(2)串联后与所述第三电路(3)和第四电路(4)串联形成的电路并联；所述第一电路(1)和第二电路(2)之间具有第一端点；所述第三电路(3)和第四电路(4)之间具有第二端点；所述感应模块(5)中的副边电感器(L1)、所述电阻器(R)与电容器(C)并联形成的电路、所述过压保护模块(6)形成串联电路，并连接于所述第一端点与所述第二端点之间形成所述桥式电路。

【技术特征摘要】
1.一种无弧直流断路器，其特征在于：所述断路器包括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；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；所述转移电流电路是由第一电路(1)、第二电路(2)、第三电路(3)、第四电路(4)、感应模块(5)、过压保护模块(6)、电容器(C)和电阻器(R)组成的桥式电路；所述第一电路(1)和第二电路(2)串联后与所述第三电路(3)和第四电路(4)串联形成的电路并联；所述第一电路(1)和第二电路(2)之间具有第一端点；所述第三电路(3)和第四电路(4)之间具有第二端点；所述感应模块(5)中的副边电感器(L1)、所述电阻器(R)与电容器(C)并联形成的电路、所述过压保护模块(6)形成串联电路，并连接于所述第一端点与所述第二端点之间形成所述桥式电路。2.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述主电流电路包括高速机械开关(S)和与所述高速机械开关串联的可控器件(A0)。3.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(1)、第二电路(2)、第三电路(3)、第四电路(4)为真空、气体触发间隙或者高速机械开关及其串并联组合。4.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述感应模块(5)包括：副边电感器(L1)、原边电感器(L0)、第一互感模块(B1)、第二互感模块(B2)；所述副边电感器(L1)、...

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