本发明专利技术公开了一种适用于柔性直流输电直流断路器的换流开关装置，第一主电极及第二主电极位于密封腔体内，第一主电极位于第二主电极的上方，且第一主电极与第二主电极之间有间隙，第二主电极的底部设置有凹槽，所述凹槽内填充有高分子聚合物烧蚀材料，高分子聚合物烧蚀材料与凹槽底部的结合面处设置有放电腔，放电腔的顶部开孔，触发极的一端与触发电路相连接，触发极的另一端穿过高分子聚合物烧蚀材料插入于放电腔内，该开关装置的使用寿命长，并且结构简单，触发导通率较高，触发导通延时较低，工作系数低。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于柔性直流输电直流断路器的换流开关装置
本专利技术涉及一种换流开关装置，具体涉及一种适用于柔性直流输电直流断路器的换流开关装置。
技术介绍
目前直流断路器的关注重点及发展趋势)多端直流输电系统对直流断路器功能提出较高要求。对于多端高压直流电网，直流断路器必须在几个毫秒内快速切除故障线路，防止单点故障波及其它电网设备(如换流器等)造成大范围故障。由于直流电网阻尼远低于交流电网，因此直流断路器需要承受高额的故障电流上升率，同时为维持直流母线电压、保护直流系统重要设备、避免换流器闭锁，需要将故障电流限制在较低水平，对高压直流断路器分断时间提出严苛要求。对于基于IGBT的柔性直流输电系统，一旦直流侧发生故障，由于IGBT中反并联二极管的存在，通常无法采用闭锁换流器方法限制短路电流。因此，研制具备高可靠性、快速短路故障电流切断能力的高压直流断路器是柔性直流输电技术发展的重大挑战。目前现有的高压直流断路器技术方案可分为三种：1)机械式高压直流断路器2)固态高压直流断路器，3)混合式高压直流断路器。由于直流电流不存在自然过零点，利用电流转移原理形成过零点是高压直流断路器基本设计思路。其中，有源激励振荡型高压直流断路器采用预充电的高压电容器向主分断支路注入脉冲反向电流制造过零点，从而分断直流电流。相比基于半导体器件的开断方案，有源激励振荡型高压直流断路器具有结构简单、控制灵活、开断成功率高、开断能力强等显著优点。有源激励振荡型高压直流断路器中技术难点之一为辅助过零振荡电路中需要可靠的换流开关装置，要求具有极低工作系数(如低于20％)、极高可靠触发导通率(即开断成功率)和较低的触发导通时延(低于1ms)。目前的技术方案多适用于高电压等级直流输电，如采用多间隙串联开关作为直流断路器辅助过零振荡电路的主开关，并采用高压脉冲触发其中一至两个间隙以达到整体导通的目的。为实现多间隙均压，常采用电阻/电容辅助分压方案，此种方案中需要较为复杂的分压设计，设计不合理有可能造成间隙自击穿导致误动作，增加了系统实现难度和故障率，不适用于电压等级和电流较低的柔性直流输电。文章《一种适于快速高压直流断路器的过零振荡电路》介绍了一种带分压网络的多级串联间隙作为过零振荡电路的开关，但需要较为复杂的均压设计。专利《基于人工过零的双向直流开断电路及其开断方法》中介绍了一种基于人工过零的双向直流开断电路及其开断方法，辅助过零振荡电路中采用“换流开关”，专利《一种自动充电型强制过零高压直流断路器》公开了一种自动充电型强制过零高压直流断路器，辅助过零振荡电路中采用“充电开关”。由此可见，现有专利多针对基于人工过零的直流开关电路拓扑结构进行研究，对辅助过零振荡电路核心器件—换流开关的具体实施结构并未详细阐述。文章《基于毛细管放电的大气压等离子体射流喷射装置放电特性》介绍了一种基于毛细管放电的大气压等离子体射流喷射装置，可用于触发长间隙距离气体开关导通，采用单次放电烧蚀，但待命状态下触发电极存在预充电直流电压，放电电流幅值高达8kA，寿命约300次，对材料表面烧蚀严重，影响了开关寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种适用于柔性直流输电直流断路器的换流开关装置，该开关装置的使用寿命长，并且结构简单，触发导通率较高，触发导通延时较低，工作系数低。为达到上述目的，本专利技术所述的适用于柔性直流输电直流断路器的换流开关装置包括触发电路、触发极、第一主电极、第二主电极、密封腔体、用于产生高压脉冲及用于分次产生脉冲大电流的触发电路；第一主电极及第二主电极位于密封腔体内，第一主电极位于第二主电极的上方，且第一主电极与第二主电极之间有间隙，第二主电极的底部设置有凹槽，所述凹槽内填充有高分子聚合物烧蚀材料，高分子聚合物烧蚀材料与凹槽底部的结合面处设置有放电腔，放电腔的顶部开孔，触发极的一端与触发电路相连接，触发极的另一端穿过高分子聚合物烧蚀材料插入于放电腔内。所述触发电路包括延时触发控制器、脉冲电压回路及多路脉冲电流回路；脉冲电压回路包括第一电容、第一二极管、第一晶闸管及变压器，其中，变压器原边绕组的一端与第一晶闸管的阴极相连接，第一晶闸管的阳极与第一电容的一端及第一二极管的阴极相连接，第一电容的另一端及第一二极管的阳极与变压器原边绕组的另一端相连接，变压器副边绕组的一端与触发极相连接，变压器副边绕组的另一端及第二主电极均接地；各路脉冲电流回路均包括第二晶闸管、第二二极管、第二电容及磁开关，其中，第二电容的一端与第二主电极相连接，第二电容的另一端与第二晶闸管的阳极及第二二极管的阴极相连接，第二晶闸管的阴极及第二二极管的阳极与磁开关的一端相连接，磁开关的一端与触发极相连接；延时触发控制器与第一晶闸管的控制极及第二晶闸管的控制极相连接。还包括用于检测第一主电极处电流的电流检测线圈，其中，电流检测线圈与延时触发控制器相连接。密封腔体由有机玻璃或聚碳酸酯制备而成。磁开关的匝数可调。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的适用于柔性直流输电直流断路器的换流开关装置在具体工作时，通过触发电路产生高压脉冲，以形成触发极-高分子聚合物烧蚀材料-第二主电极三者之间的沿面闪络，从而形成弱电离通道，然后通过触发电路产分时向弱电离等离子体通道内注入脉冲大电流，从而多次烧蚀高分子聚合物烧蚀材料表面，以形成大量等离子，使得形成的等离子体通道迅速发展膨胀，其中，对高分子聚合物烧蚀材料表面进行烧蚀，以产生大量等离子体，并最终从放电腔喷出，使第一主电极与第二主电极导通，实现换流开关的导通，另外，需要说明的是，本专利技术通过多次烧蚀高分子聚合物烧蚀材料表面，降低单子烧蚀电流，有助于减少烧蚀质量，大幅提升开关装置的使用寿命，同时采用喷射等离子体的方式触发，有效的降低换流开关装置的工作系数，大幅度的提高工作的稳定性，提高触发导通率，降低换流开关装置的触发导通延时。进一步，触发极与第二主电极之间通过触发电路直接连接为等电位，实现待命状态下触发极无偏置直流电压，克服传统结构中触发极需预施加直流电压可能引起的误导通的关键缺陷。附图说明图1为适用于柔性直流输电直流断路器的结构示意图；图2为本专利技术的结构示意图；图3为本专利技术中触发电路7的电路图；图4为实施例一中触发放电时延随工作系数的变化曲线图。其中，1为平波电抗器、2为真空或六氟化硫断路器、3为换流开关装置、4为储能电容、5为调波电感、6为避雷器、7为触发电路、8为密封腔体、9为第一主电极、10为第二主电极、11为高分子聚合物烧蚀材料、12为触发极、13为延时触发控制器、14为脉冲电压回路、15为脉冲电流回路、16为磁开关、17为电流检测线圈。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参考图2，本专利技术所述的适用于柔性直流输电直流断路器的换流开关装置包括触发电路7、触发极12、第一主电极9、第二主电极10、密封腔体1、用于产生高压脉冲及用于分次产生脉冲大电流的触发电路7；第一主电极9及第二主电极10位于密封腔体1内，第一主电极9位于第二主电极10的上方，且第一主电极9与第二主电极10之间有间隙，第二主电极10的底部设置有凹槽，所述凹槽内填充有高分子聚合物烧蚀材料11，高分子聚合物烧蚀材料11与凹槽底部的结合面处设置有放电腔，放电腔的顶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于柔性直流输电直流断路器的换流开关装置，其特征在于，包括触发电路(7)、触发极(12)、第一主电极(9)、第二主电极(10)、密封腔体(1)、用于产生高压脉冲及用于分次产生脉冲大电流的触发电路(7)；第一主电极(9)及第二主电极(10)位于密封腔体(1)内，第一主电极(9)位于第二主电极(10)的上方，且第一主电极(9)与第二主电极(10)之间有间隙，第二主电极(10)的底部设置有凹槽，所述凹槽内填充有高分子聚合物烧蚀材料(11)，高分子聚合物烧蚀材料(11)与凹槽底部的结合面处设置有放电腔，放电腔的顶部开孔，触发极(12)的一端与触发电路(7)相连接，触发极(12)的另一端穿过高分子聚合物烧蚀材料(11)插入于放电腔内。
【技术特征摘要】
1.一种适用于柔性直流输电直流断路器的换流开关装置，其特征在于，包括触发电路(7)、触发极(12)、第一主电极(9)、第二主电极(10)、密封腔体(1)、用于产生高压脉冲及用于分次产生脉冲大电流的触发电路(7)；第一主电极(9)及第二主电极(10)位于密封腔体(1)内，第一主电极(9)位于第二主电极(10)的上方，且第一主电极(9)与第二主电极(10)之间有间隙，第二主电极(10)的底部设置有凹槽，所述凹槽内填充有高分子聚合物烧蚀材料(11)，高分子聚合物烧蚀材料(11)与凹槽底部的结合面处设置有放电腔，放电腔的顶部开孔，触发极(12)的一端与触发电路(7)相连接，触发极(12)的另一端穿过高分子聚合物烧蚀材料(11)插入于放电腔内。2.根据权利要求1所述的适用于柔性直流输电直流断路器的换流开关装置，其特征在于，所述触发电路(7)包括延时触发控制器(13)、脉冲电压回路(14)及多路脉冲电流回路(15)；脉冲电压回路(14)包括第一电容(C1)、第一二极管(D1)、第一晶闸管(D2)及变压器(T)，其中，变压器(T)原边绕组的一端与第一晶闸管(D2)的阴极相连接，第一晶闸管(D2的阳极与第一电容(C1)的一端及第一二极管(D1)的阴极相连接，第一电容...
【专利技术属性】
技术研发人员：李江涛，赵政，苏灿，李陇杰，李晨颉，汪毅峰，冯欣，李擎宇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。