基于液体电弧电压转移的混合式直流断路器及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于液体电弧电压转移的混合式直流断路器及其使用方法，混合式直流断路器包括第一接入端、第二接入端、主电流支路、转移支路和耗能支路，所述转移支路包括固态开关，混合式直流断路器电流通流时，所述主电流支路通过电流，转移支路和耗能支路不导通，混合式直流断路器发生短路故障时，液体断口打开预定距离后，固态开关导通，电流转移至转移支路，固态开关断开产生过电压以强制转移电流至耗能支路。

【技术实现步骤摘要】
基于液体电弧电压转移的混合式直流断路器及其使用方法
本专利技术涉及混合式直流断路器
，特别是基于液体电弧电压转移的混合式直流断路器及其使用方法。
技术介绍
随着电力系统容量的不断提升，直流输变电系统及设备蓬勃发展，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，因此，具备故障隔离和切除功能的直流断路器对于实现直流系统的安全可靠运行不可或缺。混合式直流断路器结合了快速机械开关通流损耗低和固态开关电流关断速度快的优势，可以实现直流故障的快速切除，是目前直流开断领域的研究重点。然而，传统的混合型直流断路器利用真空、SF6或N2等气体介质作为断口绝缘介质，存在断口电弧电压低、弧后介质恢复性能差、断口串联数量多等瓶颈问题；同时，由于断口电弧电压低，开断过程需要辅助的电力电子器件或者预充电电容来实现电流转移，导致开断过程复杂，严重制约了直流断路器开断能力和可靠性的提升。针对现有混合式直流断路器断口性能不足的问题，本专利技术提出了一种基于液体绝缘介质的混合式断路器断口设计方案，利用液态介质显著的流动、热传导等物理属性，其开断过程的电弧电压幅值和弧后介质绝缘恢复能力远高于气体和真空电弧，可以实现电流快速转移，省去辅助转移电力电子器件和预充电电容，减少断口串联数量，在提升开断容量和可靠性的同时可以显著降低直流断路器的成本和体积。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液体电弧电压转移的混合式直流断路器及其使用方法。通利用液态介质显著的流动、热传导等物理属性，提升开断过程电弧电压幅值和弧后介质绝缘恢复能力远高于气体和真空电弧，进而有助于电流快速转移，提升断口绝缘耐压能力，减少断口串联数量，提升开断容量和可靠性，显著降低混合式直流断路器的成本和体积，使得直流断路器获得更强的开断能力和更高的断口绝缘强度。具体的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于液体电弧电压转移的混合式直流断路器包括，第一接入端，其配置成混合式直流断路器的进线，第二接入端，其配置成混合式直流断路器的出线，主电流支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间，所述主电流支路包括液体断口，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，所述转移支路包括固态开关，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，其中，混合式直流断路器电流通流时，所述主电流支路通过电流，转移支路和耗能支路不导通，混合式直流断路器发生短路故障时，液体断口打开预定距离后，固态开关导通，电流转移至转移支路，固态开关断开产生过电压以强制转移电流至耗能支路。所述的混合式直流断路器中，所述过电压大于耗能支路的导通阈值。所述的混合式直流断路器中，所述主电流支路包括液体断口、真空断口、气体断口的串并联组合。所述的混合式直流断路器中，所述主电流支路包括液体断口和串联的二极管组件。所述的混合式直流断路器中，所述液体断口的液体包括蒸馏水、变压器油、植物油、液态C5F10O、矿物油或硅油。所述的混合式直流断路器中，所述转移支路包括预充电式LC式转移支路、无预充电式LC式转移支路、桥式LC转移支路、或磁耦合式转移支路。所述的混合式直流断路器中，混合式直流断路器是单向混合式直流断路器或双向混合式直流断路器。所述的混合式直流断路器中，所述耗能支路包括金属氧化物避雷器、线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器、全绝缘复合外套金属氧化物避雷器及其组合。所述的混合式直流断路器中，电流转移至转移支路后，通过电容器建立开断电压，将电流强制转移至耗能支路以完成开断。根据本专利技术的另一方面，一种所述混合式直流断路器的使用方法包括以下步骤，第一步骤，混合式直流断路器电流通流，电流通过所述主电流支路，转移支路不导通，第二步骤，混合式直流断路器发生短路故障时，发送分断指令到液体断口，液体断口打开预定距离后，固态开关导通，电流转移至转移支路，主电流支路的电流全部转移至转移支路，主电流支路完成打开，第三步骤，固态开关断开产生过电压以强制转移电流至耗能支路，电流全部转移至耗能支路，最终电流下降至零以实现直流分断。有益效果本专利技术通过设计带有液体断口的主电流支路，使得断路器获得更强的开断能力和更强的断口绝缘强度。利用液态介质显著的流动、热传导等物理属性，其开断过程的电弧电压幅值和弧后介质绝缘恢复能力远高于气体和真空电弧，可以实现电流快速转移，省去辅助转移电力电子器件和预充电电容，减少断口串联数量，在提升开断容量和可靠性的同时可以显著降低混合式直流断路器的成本和体积。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是断路器本体结构示意图；图2(a)至图2(e)是本专利技术断路器开断过程示意图；图3是液体断口-双向桥式转移支路型结构示意图；图4是液体真空断口-桥双向式固态开关转移支路型结构示意图；图5是液体真空断口-级联双向固态开关转移支路型结构示意图。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至附图5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，一种基于液体电弧电压转移的混合式直流断路器包括，第一接入端，其配置成混合式直流断路器的进线，第二接入端，其配置成混合式直流断路器的出线，主电流支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间，所述主电流支路包括液体断口，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，所述转移支路包括固态开关，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，其中，混合式直流断路器电流通流时，所述主电流支路通过电流，转移支路和耗能支路不导通，混合式直流断路器发生短路故障时，液体断口打开预定距离后，固态开关导通，电流转移至转移支路，固态开关断开产生过电压以强制转移电流至耗能支路。所述的混合式直流断路器的一个实施例中，所述过电压大于耗能支路的导通阈值。所述的混合式直流断路器的一个实施例中，所述主电流支路包括液体断口、真空断口、气体断口的串并联组合。所述的混合式直流断路器的一个实施例中，所述主电流支路包括液体断口和串联的二极管组件。所述的混合式直流断路器的一个实施例中，所述液体断口的液体包括蒸馏水、变压器油、植物油、液态C5F10O、矿物油或硅油。所述的混合式直流断路器的一个实施例中，所述转移支路包括预充电式LC式转移支路、无预充电式LC式转移支路、桥式LC转移支路、或磁耦合式转移支路。所述的混合式直流断路器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液体电弧电压转移的混合式直流断路器，其包括，第一接入端，其配置成混合式直流断路器的进线，第二接入端，其配置成混合式直流断路器的出线，主电流支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间，所述主电流支路包括液体断口，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，所述转移支路包括固态开关，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，其中，混合式直流断路器电流通流时，所述主电流支路通过电流，转移支路和耗能支路不导通，混合式直流断路器发生短路故障时，液体断口打开预定距离后，固态开关导通，电流转移至转移支路，固态开关断开产生过电压以强制转移电流至耗能支路。

【技术特征摘要】
1.一种基于液体电弧电压转移的混合式直流断路器，其包括，第一接入端，其配置成混合式直流断路器的进线，第二接入端，其配置成混合式直流断路器的出线，主电流支路，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间，所述主电流支路包括液体断口，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，所述转移支路包括固态开关，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，其中，混合式直流断路器电流通流时，所述主电流支路通过电流，转移支路和耗能支路不导通，混合式直流断路器发生短路故障时，液体断口打开预定距离后，固态开关导通，电流转移至转移支路，固态开关断开产生过电压以强制转移电流至耗能支路。2.根据权利要求1所述的混合式直流断路器，其特征在于，优选的，所述过电压大于耗能支路的导通阈值。3.根据权利要求1所述的混合式直流断路器，其特征在于，所述主电流支路包括液体断口、真空断口、气体断口的串并联组合。4.根据权利要求1所述的混合式直流断路器，其特征在于，所述主电流支路包括液体断口和串联的二极管组件。5.根据权利要求1所述的混合式直流断路器，其特征在于，所述液体断口的液体包括蒸馏水、变压器油、植物油、液态C5F10O、矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴益飞，杨飞，吴翊，荣命哲，易强，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