基于真空磁吹转移的直流断路器及其开断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于真空磁吹转移的直流断路器及其开断方法，直流断路器包括第一接入端、第二接入端、主电流支路、转移支路、耗能支路和吹弧单元，主电流支路连接在所述第一接入端和第二接入端之间，直流断路器电流通流时，所述主电流支路通过电流，转移支路连接在所述第一接入端和第二接入端之间且并联所述主电流支路，耗能支路连接在所述第一接入端和第二接入端之间且并联所述主电流支路和转移支路，吹弧单元设置在主电流支路和转移支路之间，吹弧单元包括吹弧电路和吹弧线圈，当直流断路器电流分断时，所述吹弧电路激励吹弧线圈产生磁吹以提高电弧电压，基于所述电弧电压，电流从主电流支路向转移支路转移。

【技术实现步骤摘要】
基于真空磁吹转移的直流断路器及其开断方法
本专利技术涉及直流断路器
，特别是利用磁吹电路调控电弧，实现或辅助电流转移的直流断路器及其开断方法。
技术介绍
由于直流供电系统所具有的独特优越性，直流电网技术在输、配电领域有广阔的应用前景，是我国未来电力技术发展的重要方向。目前我国的城市无轨电车、地铁、冶炼、化工、太阳能发电、轧材、船电、矿山等许多重要的行业中均采用了直流供电系统。作为直流电网技术的关键组成部分，直流分断技术是电力系统安全运行的保证。直流断路器具有切断回路故障电流的保护功能，是直流系统中最为重要的保护元件。由于直流系统缺乏自然过零点，在高电压、大容量分断中无法用传统的交流思路来实现电流分断，解决这一问题的有效途径是基于电流转移的新型分断方式。在这类断路器开断过程中，机械开关首先分闸，电流在多条支路内相互转移，使得断口电流过零，并最终建立开断电压，实现系统电流分断。实现电流转移的途径多种多样，最有效的一种则是利用已有的断口电弧电压迫使电流从一条支路转移至另一条支路。然而，直流断路器中常用的真空断口电弧电压较低，通常不超过50V，存在转移速度慢，转移可靠性低的问题，难以满足直流系统短路分断的工程应用要求。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
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基于真空磁吹转移的直流断路器及其开断方法。通过磁吹电路产生外加磁场，大幅度提高真空电弧电压。在绝缘介质灭弧性能不变的情况下，加强电流转移效果。具体的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于真空磁吹转移的直流断路器包括，第一接入端，其配置成直流断路器的进线，第二接入端，其配置成直流断路器的出线，主电流支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间，直流断路器电流通流时，所述主电流支路通过电流，转移支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间且并联所述主电流支路，耗能支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间且并联所述主电流支路和转移支路，吹弧单元，其设置在主电流支路和转移支路之间，吹弧单元包括吹弧电路和吹弧线圈，当直流断路器电流分断时，所述吹弧电路激励吹弧线圈产生磁吹以提高电弧电压，基于所述电弧电压，电流从主电流支路向转移支路转移。所述的直流断路器中，吹弧线圈包括横磁吹弧线圈和/或纵磁吹弧线圈，吹弧电路为独立的外电路。所述的直流断路器中，电流从主电流支路向转移支路完全转移后，关断转移支路，电流转移至耗能支路中以实现直流分断。所述的直流断路器中，包括真空断口、空气绝缘断口、高压气体绝缘断口、电力电子元件及其组合，转移支路包括电力电子元件、电容器、电抗器及其串、并联组合，其中，电力电子元件包括晶闸管、二极管、IGBT、IGCT及其组合。所述的直流断路器中，转移支路包括串联的电容和磁耦合电流转移模块，所述磁耦合电流转移模块包括多个并联的磁感应单元。所述的直流断路器中，吹弧单元包括串联的吹弧电路、电容和晶闸管。所述的直流断路器中，直流断路器是单向直流断路器或双向直流断路器。所述的直流断路器中，转移支路包括第一支路、并联第一支路的第二支路以及连接第一支路和第二支路的第三支路，第一支路包括第一二极管和第二二极管，第二支路包括第三二极管和第四二极管，第三支路包括电容和电感，所述第一二极管正极串联第二二极管的正极，第三二极管的负极串联第四二极管的负极，第三二极管的正极连接第一二极管的负极，第四二极管的正极连接第二二极管的负极，所述电容一端连接在第一二极管正极和第二二极管的正极之间，电容另一端串联所述电感，所述电感另一端连接在第三二极管的负极和第四二极管的负极之间。所述的直流断路器中，所述第三支路由多个串联的IGBT和/或IGCT代替。根据本专利技术的另一方面，一种所述直流断路器的开断方法包括以下步骤，第一步骤，直流断路器电流通流，电流通过所述主电流支路，第二步骤，直流断路器电流分断，所述吹弧电路激励吹弧线圈产生磁吹以提高电弧电压，基于所述电弧电压，电流从主电流支路向转移支路转移，第三步骤，电流从主电流支路向转移支路完全转移后，关断转移支路，电流转移至耗能支路中以实现直流分断。有益效果本专利技术通过外加吹弧磁场，极大地提高了电弧电压，改变了真空电弧电压低，难以实现自然电流转移的现状。本专利技术实现简单、部件少，不影响原有的真空机械开关结构，可靠性高、吹弧磁场可以根据需要自由调节，是实现电流转移的有效途径。本专利技术成可靠性高，具有很高的工程应用价值，大大提高了电弧电压，加快了电流转移过程，在快速交流断路器、限流器等领域内均有应用价值，甚至在低压直流领域可以直接分断电流。附图说明参照附图，上述以及其他本专利技术的目的、特征和优点，通过本专利技术实施例的以下说明性且非限制性详细描述将被更好地理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的直流断路器拓扑结构电路示意图；图2是根据本专利技术另一个实施例的直流断路器拓扑结构电路示意图，该实施例以IGBT串联组件构成转移支路；图3是根据本专利技术另一个实施例的直流断路器拓扑结构电路示意图，该实施例以电容和电感构成转移支路；图4是根据本专利技术另一个实施例的直流断路器拓扑结构电路示意图，该实施例以真空开关和SF6开关共同构成主电流支路；图5是根据本专利技术一个实施例的双向直流断路器拓扑结构电路示意图；图6是根据本专利技术另一个实施例的双向直流断路器拓扑结构电路示意图；图7是根据本专利技术另一个实施例的双向直流断路器拓扑结构电路示意图；图8是根据本专利技术一个实施例，利用磁吹辅助电流转移的直流断路器拓扑结构电路示意图；图9是根据本专利技术另一个实施例的直流断路器拓扑结构电路示意图，采用与主体拓扑独立的吹弧电路；图10是根据本专利技术另一个实施例的直流断路器拓扑结构电路示意图，采用与主体拓扑非独立的吹弧电路；其中：B1是主电流支路、B2是转移支路、B3是耗能支路、M是吹弧单元、M1是吹弧电路、M2是吹弧线圈、S1是第一接入端、S2是第二接入端、MICCM是磁耦合电流转移模块。所有附图都是示意性的，不是必须完全一致的。以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的解释。具体实施方式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1至图10来说明本专利技术的具体实施方式。图1为断路器本体结构示意图，一种基于真空磁吹转移的直流断路器包括，第一接入端S1，其配置成直流断路器的进线，第二接入端S2，其配置成直流断路器的出线，主电流支路B1，其连接在所述第一接入端S1和第二接入端S2之间，直流断路器电流通流时，所述主电流支路B1通过电流，转移支路B2，其连接在所述第一接入端S1和第二接入端S2之间且并联所述主电流支路B1，耗能支路B3，其连接在所述第一接入端S1和第二接入端S2之间且并联所述主电流支路B1和转移支路B2，吹弧单元M，其设置在主电流支路B1和转移支路B2之间，吹弧单元M包括吹弧电路M1和吹弧线圈M2，当直流断路器电流分断时，所述吹弧电路M1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于真空磁吹转移的直流断路器，其包括，第一接入端，其配置成直流断路器的进线，第二接入端，其配置成直流断路器的出线，主电流支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间，直流断路器电流通流时，所述主电流支路通过电流，转移支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间且并联所述主电流支路，耗能支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间且并联所述主电流支路和转移支路，吹弧单元，其设置在主电流支路和转移支路之间，吹弧单元包括吹弧电路和吹弧线圈，当直流断路器电流分断时，所述吹弧电路激励吹弧线圈产生磁吹以提高电弧电压，基于所述电弧电压，电流从主电流支路向转移支路转移。

【技术特征摘要】
1.一种基于真空磁吹转移的直流断路器，其包括，第一接入端，其配置成直流断路器的进线，第二接入端，其配置成直流断路器的出线，主电流支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间，直流断路器电流通流时，所述主电流支路通过电流，转移支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间且并联所述主电流支路，耗能支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间且并联所述主电流支路和转移支路，吹弧单元，其设置在主电流支路和转移支路之间，吹弧单元包括吹弧电路和吹弧线圈，当直流断路器电流分断时，所述吹弧电路激励吹弧线圈产生磁吹以提高电弧电压，基于所述电弧电压，电流从主电流支路向转移支路转移。2.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，优选的，吹弧线圈包括横磁吹弧线圈和/或纵磁吹弧线圈，吹弧电路为独立的外电路。3.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，电流从主电流支路向转移支路完全转移后，关断转移支路，电流转移至耗能支路中以实现直流分断。4.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，主电流支路包括如下任一或其任意组合：真空断口、空气绝缘断口、高压气体绝缘断口、电力电子元件；转移支路包括如下任一或其任意组合：电力电子元件、电容器、电抗器，其中，电力电子元件包括如下任一或其任意组合：晶闸管、二极管、IGBT、IGCT。5.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，转移支路包括串联的电容和磁耦合电流转移模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴翊，吴益飞，杨飞，荣命哲，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