一种直流真空开关换流分断装置的换流分断方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种直流真空开关换流分断装置的换流分断方法，由预充电电容C、电感L和辅助开关S1～S4构成的强制电流转移电路实现真空开关S的换流分断，在真空开关S电流转移过程中，通过灵活控制辅助开关S1、S2、S3或S4的投切，可有效降低真空开关S电流过零前附近的电流变化率，大幅减小真空开关电流过零后附近的恢复电压，从而显著提升真空开关快速分断直流大电流的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种直流真空开关的换流分断装置及方法
本专利技术属于电力系统故障保护
，具体涉及一种直流真空开关的换流分断装置，以及其换流分断方法。
技术介绍
随着近年来直流输配电技术的大力发展，作为其中的核心保护设备，直流断路器获得了国内外相关行业的广泛关注。由于直流电流没有自然过零点，与常规的交流开断相比，直流开断十分困难。直流开断技术需要解决的关键任务在于快速制造电流过零点，并在电流过零后快速恢复绝缘，承受开断过程中的恢复电压。人工过零型直流断路器利用LC换流电路提供的反向高频电流与主开关中的短路电流叠加实现直流电流过零分断，结构简单、技术成熟，相较于其它方案具有综合优势。在不影响快速换流的前提下，现有技术方案通过在真空开关S支路串联饱和电抗器LS，使电流过零附近的回路等效电感明显增大，实现对电流过零附近变化率的限制，如图2所示。由于饱和电抗器LS需要长期导通负载电流，会产生较大的发热损耗，需要额外配备散热设备；另外，实际能在电流过零前迅速退出饱和、并且能够维持足够的低电流变化率持续时间的饱和电抗器设计较为困难，否则电抗器体积将大幅增加。为了改善分断过程中的恢复电压特性，图3技术方案通过在真空开关S两端反向并联二极管D，在真空开关电流过零后，二极管D导通续流，直到续流过程结束的这一段时间内将真空开关S的恢复电压限制在较低的水平。该方案需要额外引入二极管D，并且难以实现真空开关S的双向对称分断功能，否则需要再额外引入其它设备。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的之一在于提供一种新型的直流真空开关换流分断装置，有效提升真空开关快速分断中高压直流大电流的可靠性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种直流真空开关的换流分断装置，包括并联在真空开关S两端端子J1和J2之间的压敏电阻RV和强迫换流电路，所述的强迫换流电路由预充电电容C、电感L和辅助开关串联构成，所述的辅助开关包括连接在端子J1和预充电电容C之间的辅助开关S1、连接在预充电电容C和端子J2之间的辅助开关S2、连接在端子J1和电感L之间的辅助开关S3以及连接在电感L和端子J2之间的辅助开关S4。本专利技术的目的之二在于提供上述直流真空开关换流分断装置的分断方法，步骤为：1）、当系统主回路直流电流由端子J1流向端子J2时，真空开关S首先分断产生电弧；然后接通辅助开关S1、S4，预充电电容C通过电感L-辅助开关S4-真空开关S-辅助开关S1构成的回路放电产生脉冲电流iC，此时有效换流电流为icom=iC，迫使真空开关S中的电流iS迅速减小；在所述电流iS减小为零前附近的某一时刻Δt1，接通辅助开关S2，所述脉冲电流（放电电流）iC中的一部分电流iS2从辅助开关S2中流过，此时有效换流电流为icom=iC-iS2，从而降低真空开关S电流过零前附近的电流变化率；2）、当系统主回路直流电流由端子J2流向端子J1时，真空开关S分断产生电弧后，接通辅助开关S2、S3，预充电电容C通过电感L-辅助开关S3-真空开关S-辅助开关S2构成的回路放电产生脉冲电流iC，此时有效换流电流为icom=iC，迫使真空开关S中的电流iS迅速减小；在所述电流iS减小为零前附近的某一时刻Δt1，接通辅助开关S1，所述脉冲电流（放电电流）iC中的一部分电流iS1从辅助开关S1中流过，此时有效换流电流为icom=iC-iS1，从而降低真空开关S电流过零前附近的电流变化率。其中，所述步骤1）和2）的换流过程中，由于所述辅助开关S2或S1在所述真空开关S电流过零前附近导通分流，使所述有效换流电流icom明显减小，结果所述真空开关S电流过零前附近的电流变化率得以大幅降低。其中，所述步骤1）和2）的换流结束后，由于所述辅助开关S2或S1的导通电压钳位作用，使所述真空开关S电流过零后附近的恢复电压被限制为所述辅助开关S1与S2的导通压降之和，结果所述恢复电压的峰值及其变化率得以显著减小，并且能够保持一定的时间Δt2；所述真空开关S电流过零前电流变化率及其过零后恢复电压的特性改善，能够有效提升快速分断直流大电流的可靠性。本专利技术的有益效果是：仅通过对换流电路辅助开关投切的灵活控制，即可大幅降低真空开关S电流过零前附近的电流变化率，无需增加其它设备就能显著减小真空开关S电流过零后附近的恢复电压及其变化率，并可按需自由调节该低电流变化率区间的持续时间Δt1，从而有效提升真空开关快速分断直流大电流的可靠性，减小整个装置的体积，降低成本，同时较为方便地实现真空开关S的双向对称分断功能。附图说明图1为现有改善电流变化率的直流断路器换流回路拓扑；图2为现有改善恢复电压的直流断路器换流回路拓扑；图3为本专利技术的直流真空开关换流分断装置的主回路拓扑方案；图4为本专利技术电流从端子J1流向J2时第一阶段换流过程的等效电路；图5为本专利技术电流从端子J1流向J2时第二阶段换流过程的等效电路；图6为本专利技术电流从端子J2流向J1时第一阶段换流过程的等效电路；图7为本专利技术电流从端子J2流向J1时第二阶段换流过程的等效电路；图8为典型方案和本专利技术方案换流分断过程中真空开关S的电流比较；图9为典型方案和本专利技术方案换流分断过程中真空开关S的电压比较。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。参照图3所示，本专利技术公开了一种直流真空开关的换流分断装置，包括并联在真空开关S两端端子J1和J2之间的压敏电阻RV和强迫换流电路，所述的强迫换流电路由预充电电容C、电感L和辅助开关串联构成，所述的辅助开关包括连接在端子J1和预充电电容C之间的辅助开关S1、连接在预充电电容C和端子J2之间的辅助开关S2、连接在端子J1和电感L之间的辅助开关S3以及连接在电感L和端子J2之间的辅助开关S4。其中，真空开关S长期闭合导通负载电流；预充电电容C、电感L和辅助开关串联构成强迫换流电路，实现真空开关S的换流分断；压敏电阻RV用于直流分断过程中过电压的限制和能量吸收；辅助开关S1、辅助开关S2、辅助开关S3和辅助开关S4实现对强迫换流电路的投切控制。实施例1当系统主回路直流电流由端子J1流向端子J2时，在换流分断过程中，参照图4和图5所示，所述真空开关S首先分断产生电弧；然后辅助开关S1、S4接通，预充电电容C通过电感L-辅助开关S4-真空开关S-辅助开关S1构成的回路放电产生脉冲电流iC，则有效换流电流为icom=iC，迫使真空开关S中的电流iS迅速减小；在电流iS减小为零前附近的某一时刻Δt1，辅助开关S2接通，则脉冲电流（放电电流）iC中的一部分电流iS2从辅助开关S2中流过，有效换流电流减小为icom=iC-iS2，从而大幅减缓真空开关S电流过零前附近的电流变化过程；当真空开关S电流过零后，由于辅助开关S1和S2同时处于导通状态，且其导通压降较小，在辅助开关S2阻断前的一段时间Δt2，能将真空开关S电流过零后附近的恢复电压钳位在较低的水平。实施例2当系统主回路直流电流由端子J2流向端子J1时，在换流分断过程中，参照图6和图7所示，在所述真空开关S分断产生电弧后，辅助开关S2、S3接通，预充电电容C通过电感L-辅助开关S3-真空开关S-辅助开关S2构成的回路放电产生脉冲电流iC，则有效换流电流为icom=iC，迫使真空开关S中的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流真空开关的换流分断装置，其特征在于：包括并联在真空开关S两端端子J1与J2之间的压敏电阻RV和强迫换流电路，所述的强迫换流电路由预充电电容C、电感L和辅助开关串联构成，所述的辅助开关包括连接在端子J1和预充电电容C之间的辅助开关S1、连接在预充电电容C和端子J2之间的辅助开关S2、连接在端子J1和电感L之间的辅助开关S3以及连接在电感L和端子J2之间的辅助开关S4。

【技术特征摘要】
1.一种直流真空开关的换流分断装置，其特征在于：包括并联在真空开关S两端端子J1与J2之间的压敏电阻RV和强迫换流电路，所述的强迫换流电路由预充电电容C、电感L和辅助开关串联构成，所述的辅助开关包括连接在端子J1和预充电电容C之间的辅助开关S1、连接在预充电电容C和端子J2之间的辅助开关S2、连接在端子J1和电感L之间的辅助开关S3以及连接在电感L和端子J2之间的辅助开关S4。2.一种基于权利要求1所述装置的直流真空开关换流分断方法，其特征在于，步骤为：1）、主回路直流电流由端子J1流向端子J2时，真空开关S首先分断产生电弧；接通辅助开关S1、S4，预充电电容C通过电感L-辅助开关S4-真空开关S-辅助开关S1构成的回路放电产生脉冲电流iC，此时有效换流电流为icom=iC，迫使真空开关S中的电流iS迅速减小；在所述电流iS减小为零前的某一时刻Δt1，接通辅助开关S2，所述脉冲电流iC中的一部分电流iS2从辅助开关S2中流过，此时有效换流电流为icom=iC-iS2，从而降低真空开关S电流过零前的电流变化率；2）、主回路直流电流由端子...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭振东，杨晨光，涂煜，任志刚，李博，邹顺，朱兆芳，骆文平，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42