一种带饱和电抗器的高压直流断路器制造技术

本发明专利技术提供了一种带饱和电抗器的直流断路器，包括：主回路单元、充电换流单元、吸能限压单元和触发单元。主回路单元由机械开关与饱和电抗器串联构成，在开断故障电流时饱和电抗器可降低机械开关电流过零点前的电流下降率；充电换流单元由耦合电抗器和与之原边串联的触发开关、预充电电容以及与之副边串联的换流电容构成，为主回路单元提供反向高频电流从而产生人工过零点；吸能限压单元为氧化锌避雷器，限制主回路单元的两端电压；触发单元用于故障后触发充电换流单元使其导通。本发明专利技术提供的带饱和电抗器的高压直流断路器，可以实现故障电流的双向开断，降低开断前故障电流下降率，开断可靠性高，可降低电容器所需容量，造价低。

【技术实现步骤摘要】
一种带饱和电抗器的高压直流断路器
本专利技术属于高压直流断路器领域，更具体地，涉及一种带饱和电抗器的高压直流断路器。
技术介绍
由于传统化石能源的短缺、环境污染问题的加剧以及用户对电能需求的不断增长，使得可再生能源清洁能源的开发迅速发展。为了更经济地获取远距离可再生能源例如风能及太阳能，基于低损耗、远距离、大功率输电以及更有效地连接可再生能源入网和便于灵活操作的优点，高压直流输电得到了新的重视。传统的直流输电工程多为两端系统，仅能实现两点之间的能量传输，当使用直流输电向多个负荷中心送电或多个交流系统间采用直流互联时，需要建设多条直流输电线路，这将极大地增加投资成本和运行费用。而多端直流输电系统充分开发了高压直流输电技术的经济优点和技术优点，是一种更有吸引力的输电技术，满足我国电力工业的发展需要。除了具备两端直流输电的优点外，多端直流输电还有可实现多电源供电、多落点受电；可靠更高，更加灵活；可以分期建设，提高投资效益等优点。目前多端高压直流电网技术上的主要挑战，如网络结构的拓扑设计、大容量电缆、保护和开断短路电流的直流断路器等成为热门话题。对于多端高压直流电网，具有快速开断直流故障电流和隔离故障功能的直流断路器是必不可少和至关重要的。由于缺乏实用的高压直流断路器，当金属回路发生接地短路等较为严重的故障时，只能断开交流侧断路器，达到继电保护的目的，这样会使得故障的影响区域显著扩大，极大降低了多端直流输电系统的可靠性和灵活性。只有应用高压直流断路器，才有可能采用多端高压直流实现多个节点连接的可再生能源入网或退网、及时快速分离故障并可保证系统的安全可靠运行。因此研制适用于直流输电系统的高压直流断路器，对于发展柔性直流输电网变得尤为重要，对提高直流输电系统的可靠性和灵活性具有重要意义。目前直流断路器主要分为三种类型：机械式直流断路器、全固态式直流断路器和混合式直流断路器。传统机械式高压直流断路器换流回路结构复杂，所需电容器容量大，体积大；混合式高压直流断路器通态损耗大，造价昂贵，对控制要求高；全固态式高压直流断路器的成本极高且通态损耗大。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种带饱和电抗器的高压直流断路器，其目的在于解决现有的高压直流断路器在断开故障电流时由于故障电流下降率大导致机械开关无法断开的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种带饱和电抗器的高压直流断路器，包括：主回路单元、充电换流单元以及触发单元；所述主回路单元包括机械开关和与之串联的饱和电抗器，充电换流单元和吸能限压单元与主回路单元并联后接入电力系统线路中；当有故障电流流过主回路单元时，触发单元发出信号，充电换流单元触发导通；从而使耦合电抗器副边和副边电容发生振荡电流，振荡电流用于与故障电流叠加使流过机械开关电流出现过零点；在机械开关电流出现过零点前，饱和电抗器工作于不饱和区，电感值远大于未发生故障时电感值，限制了故障电流的下降率。优选地，高压直流断路器还包括吸能限压单元，当所述机械开关断开后，吸能限压单元用于吸收故障电流被切断后电力系统中感性元件存储的能量来实现对所述机械开关的限压保护。优选地，充电换流单元包括：预充电电容、换流回路电容、耦合电抗器、晶闸管以及与之并联的二极管；所述耦合电抗器原边绕组与所述预充电电容以及所述晶闸管串联；所述耦合电抗器副边绕组与所述换流回路电容串联。优选地，当发生电力系统发生故障需要开断故障电流时，所述触发单元发出信号触发所述晶闸管导通，使所述预充电电容与所述耦合电抗器原边产生振荡电流，从而所述耦合电抗器副边与所述换流回路电容也会产生振荡电流，且振荡电流幅值超过系统故障电流幅值，使所述机械开关产生过零点实现开断。优选地，所述吸能限压单元为避雷器。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)为了保证开断大电流过程中足以形成电流过零点，必须提高预充电压以增大高频振荡电流峰值，并根据实际回路电阻产生的衰减预留适当裕度，以保证大电流开断成功。但高频振荡电流峰值的提高，容易导致开断额定小电流时因故障电流下降率过大而开断失败，而在主回路单元中串联饱和电抗器L3之后，在故障电流过零点之前，饱和电抗器L3工作在不饱和区域，其电感值较大，可限制故障电流下降率在开断能力范围之内，提高了开断的可靠性；在降低故障电流的下降率的同时，还可以降低预充电电容器的容量，从而降低成本。(2)主回路单元中机械开关CB与饱和电抗器L3串联接入系统中，当系统发生故障时，在故障电流上升阶段，饱和电抗器工作在不饱和区域，电感值较大，从而可抑制直流故障电流的上升率，降低了系统对故障判断灵敏性的要求，同时也减小了故障电流对系统的冲击。(3)所述高压直流断路器具备双向开断额定小电流和极间短路大电流的能力，采用耦合电抗器将传统拓扑中换流支路的高压触发开关转移到低压侧，显著降低触发开关电压等级，从而可用晶闸管代替；触发开关无对地绝缘要求，降低驱动控制难度。同时预充电电容位于低压侧，预充电压较低，显著降低了电容及预充电设备的电压等级；对地无绝缘要求，解决了高电位、多电位充电难题。此外，电容器在机械式直流断路器成本及体积中占据较大比重，新型拓扑对于高压侧电容无长期耐压通流要求，使得电容器成本及体积显著降低，大幅度提升了直流断路器的经济性。附图说明图1为本专利技术提供的一种带饱和电抗器的高压直流断路器的原理框图；图2为本专利技术提供的一种带饱和电抗器的高压直流断路器的具体结构框图；图3为不带饱和电抗器的高压直流断路器开断故障电流时的波形图；图4为本专利技术提供的带饱和电抗器的高压直流断路器开断故障电流时的波形图；其中，1为主回路单元，2为充电换流单元，3为吸能限压单元，4为触发单元；CB为机械开关，L3为饱和电抗器，C1为预充电电容，C2为换流回路电容，SCR为可触发晶闸段，D为二极管，L1为耦合电抗器原边，L2为耦合电抗器副边；x轴为时间t，单位s；y轴为电流幅值，单位kA；实线代表机械开关CB断口电流，虚线代表耦合电抗器副边电流。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术的目的是提供一种带饱和电抗器的高压直流断路器，在满足直流系统对高压直流断路器本身动作迅速、开断大电流和承受高电压的基础上，可限制故障电流下降率在开断能力范围之内，增加开断的可靠性，可降低电容器所需容量，降低装置的成本，同时该高压直流断路器双向开断额定小电流和极间短路大电流。图1为本专利技术提供的一种带饱和电抗器的高压直流断路器的原理框图，图2为本专利技术提供的一种带饱和电抗器的高压直流断路器的具体结构框图。本专利技术提供了一种带饱和电抗器的高压直流断路器，包括：主回路单元1、充电换流单元2、吸能限压单元3以及触发单元4；主回路单元1接入电力系统中，充电换流单元2和吸能限压单元3与主回路单元1并联连接；其中，主回路单元包括串联连接的机械开关CB和饱和电抗器L3，机械开关为可燃弧且在电流过零时可熄弧的开关。充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带饱和电抗器的高压直流断路器，其特征在于，包括：主回路单元(1)、充电换流单元(2)以及触发单元(4)；所述主回路单元(1)包括机械开关(CB)和与之串联的饱和电抗器(L3)，充电换流单元(2)与主回路单元(1)并联后接入电力系统线路中；当有故障电流流过主回路单元(1)时，触发单元(4)发出信号，充电换流单元(2)触发导通；使耦合电抗器副边(L2)和副边电容(C2)发生振荡电流，振荡电流用于与故障电流叠加使流过机械开关(CB)电流出现过零点；在机械开关(CB)电流出现过零点前，饱和电抗器(L3)工作于不饱和区，电感值远大于未发生故障时电感值，限制了故障电流的下降率。

【技术特征摘要】
1.一种带饱和电抗器的高压直流断路器，其特征在于，包括：主回路单元(1)、充电换流单元(2)以及触发单元(4)；所述主回路单元(1)包括机械开关(CB)和与之串联的饱和电抗器(L3)，充电换流单元(2)与主回路单元(1)并联后接入电力系统线路中；当有故障电流流过主回路单元(1)时，触发单元(4)发出信号，充电换流单元(2)触发导通；使耦合电抗器副边(L2)和副边电容(C2)发生振荡电流，振荡电流用于与故障电流叠加使流过机械开关(CB)电流出现过零点；在机械开关(CB)电流出现过零点前，饱和电抗器(L3)工作于不饱和区，电感值远大于未发生故障时电感值，限制了故障电流的下降率。2.如权利要求1所述的高压直流断路器，其特征在于，所述高压直流断路器还包括吸能限压单元(3)，当所述机械开关断开后，吸能限压单元(3)用于吸收故障电流被切断后电力系统中感性元件存储的能量，实现对所述机械开关(CB)的限压保...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈名，袁召，徐敏，何俊佳，岑义顺，李艳林，黎小林，饶宏，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，南方电网科学研究院有限责任公司，华中科技大学，思源电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44