一种分级关断的混合式直流断路器制造技术

一种分级关断的混合式直流断路器，由限流部分和关断部分组成。其中限流部分由两个串联的机械开关、两个串联的大容量电力电子开关和限流器并联组成；关断部分由一个机械开关、三个串联的小容量电力电子开关和避雷器并联组成。故障电流发生后，控制系统发出指令，三个机械开关同时打开，之后控制限流部分中的电力电子开关先导通后关断，使电流从断口依次转移至电力电子支路和限流器中；待电流水平降低后，控制关断部分中的电力电子开关先导通后关断，使电流自断口依次转移至电力电子支路和避雷器中，并最终下降至零，完成开断过程。所述混合式直流断路器相比于五级电力电子组件级联方式大大降低了断路器的成本，且降低了开断过程中的电流水平。中的电流水平。中的电流水平。

【技术实现步骤摘要】
一种分级关断的混合式直流断路器


[0001]本专利技术涉及一种分级关断的混合式直流断路器，特别通过先限流再关断，减少关断过程中使用的大容量电力电子组件数量，降低关断过程中的电流水平，来实现关断大电流的功能。

技术介绍

[0002]直流断路器是保障直流配电网安全可靠运行的核心设备之一。目前基于大容量电力电子组件级联的混合式电流转移方案虽然关断能力强，但成本高昂，且关断过程中电流水平较高。针对以上缺陷，本专利技术提出了一种具有分级关断功能的混合式直流断路器方案，减少了大容量电力电子组件的使用数量，减少成本的同时降低了开断过程中的电流水平，能够满足目前直流配电网安全、可靠、经济的要求。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于提供一种新型的分级关断的直流断路器。通过控制限流部分和关断部分的电力电子支路依次先后动作，将系统电流先后转移到限流器和避雷器中，完成电流分断。
[0004]具体的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种分级关断的混合式直流断路器，由限流部分和分断部分组成，其中限流部分和分断部分串联组合，线路两端通过出线端C1和C2引出，其特征在于：
[0006](1)所述限流部分中，由主支路、电力电子支路、限流支路三条支路并联组成。
[0007]主支路由高速机械开关S1和高速机械开关S2串联组成，S1左端断口和断路器出线端C1直接相连，其中S1、S2为真空或SF6高速机械开关。
[0008]电力电子支路由两个大容量电力电子组件串联而成。
[0009]限流支路为限流器的单个或多个串联组合。
[0010](2)所述分断部分中，由主支路、电力电子支路、能量耗散支路三条支路并联组成。
[0011]主支路由高速机械开关S3组成，S3右端断口和断路器出线端C2直接相连，其中S3为真空或SF6高速机械开关。
[0012]电力电子支路由三个小容量电力电子组件串联组成。
[0013]能量耗散支路为金属氧化物避雷器MOV的单个或多个串联组合。
[0014]系统正常通流情况下，高速机械开关S1、S2、S3闭合，系统电流从限流部分和关断部分主支路流过，此时限流部分和关断部分的电力电子组件均未被触发。
[0015]关断电流时，控制系统同时向高速机械开关S1、S2、S3发出分闸指令，高速机械开关S1、S2、S3同时动作，开始燃弧。与此同时，导通限流部分的两个大容量电力电子开关，电流自断口S1、S2转移至限流部分的电力电子支路。
[0016]电流转移完成后，控制关断两个大容量电力电子开关，电流自电力电子支路转移至限流支路，待电流水平降低至关断部分中小容量电力电子器件的关断容量时，控制关断
部分中三个小容量电力电子开关同时打开，电流自断口S3转移至三个小容量电力电子开关中。
[0017]电流再次转移完成后，控制关断三个小容量电力电子开关，电流自关断部分电力电子支路转移至能量耗散支路，直至下降为零，完成开断过程。
附图说明
[0018]图1是本专利技术断路器电路拓扑结构示意图。
[0019]图2是本专利技术断路器开断故障电流时的工作过程示意图。
[0020]图3给出一种本专利技术的实例。
[0021]图4给出一种本专利技术的实例。
[0022]图5给出一种本专利技术的实例。
具体实施方式
[0023]以下结合附图来说明本专利技术的具体实施方式。
[0024]图1为本专利技术断路器电路拓扑结构示意图，包括限流部分的主电流支路、电力电子支路和限流支路，以及关断部分的主电流支路、电力电子支路和能量耗散支路。
[0025]图2给出了断路器开断故障电流过程中，电流转移的过程。
[0026](1)如图2(a)所示系统正常通流情况下，高速机械开关S1、S2、S3闭合，系统电流从出线端C1流入，经过机械开关S1、S2、S3后从出线端C2流出，此时限流部分和关断部分的电力电子组件均未被触发。
[0027](2)如图2(b)所示，故障电流发生后，控制系统同时向高速机械开关S1、S2、S3发出分闸指令，高速机械开关S1、S2、S3同时打开，开始燃弧。
[0028](3)如图2(c)所示，在(2)中机械开关打开时，同时导通限流部分的两个大容量电力电子开关，在S1、S2和S3的电弧电压作用下，电流自断口S1、S2迅速转移至限流部分的电力电子支路。
[0029](4)如图2(d)所示，电流转移完成后，控制关断两个大容量电力电子开关，电流自电力电子支路转移至限流支路，电流水平迅速开始降低。
[0030](5)如图2(e)所示，当电流水平降低至关断部分中小容量电力电子器件的关断容量以下时，控制关断部分中三个小容量电力电子开关同时打开，电流自断口S3转移至三个小容量电力电子开关中。
[0031](6)如图2(f)所示，电流再次转移完成后，关断三个小容量电力电子开关，电流自关断部分电力电子支路转移至能量耗散支路，直至下降为零，完成开断过程。
[0032]图3给出了本专利技术的一种实例。其中电力电子组件的实现方式如权利要求4所述。
[0033]图4给出了本专利技术的一种实例。其中电力电子组件加装由四个二极管D1-4组成的桥式电路，实现双向分断的功能。
[0034]图5给出了本专利技术的一种实例。其中电力电子组件两两反串联，实现双向分断的功能。
[0035]以上内容是结合具体的优选实施方式对本专利技术所作的进一步详细说明，不能认定本专利技术的具体实施方式仅限于此，对于本专利技术所属
的普通技术人员来说，在不脱
离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，例如推演出多个限流部分串联的分级关断直流断路器来达到更大的关断能力等，都应当视为属于本专利技术由所提交的权利要求书确定保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分级关断的混合式直流断路器，由限流部分和分断部分组成，其中限流部分和分断部分直接串联，通过出线端C1和C2引出，其特征在于：(1)所述限流部分中，由主支路、电力电子支路、限流支路三条支路并联组成。主支路由高速机械开关S1和高速机械开关S2串联组成，S1左端断口和断路器出线端C1直接相连，其中S1、S2为真空或SF6高速机械开关。电力电子支路由两个大容量电力电子组件串联而成。限流支路为限流器的单个或多个串联组合。(2)所述分断部分中，由主支路、电力电子支路、能量耗散支路三条支路并联组成。主支路由高速机械开关S3组成，S3右端断口和断路器出线端C2直接相连，其中S3为真空或SF6高速机械开关。电力电子支路由三个小容量电力电子组件串联组成。能量耗散支路为金属氧化物避雷器MOV的单个或多个串联组合。2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：系统正常通流情况下，高速机械开关S1、S2、S3闭合，系统电流流经限流部分和关断部分主支路，此时限流部分和关断部分的电力电子组件均未被触发。关断电流时，控制系统同时向高速机械开关S1、S2、S3发出分闸指令，高速机械开关S1、S2、S3同时动作，开始燃弧。与此同时，导通限流部分的两个大容量电力电子开关，电流自断口S1、S2转移...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓民，王俊，懂绍伦，吴益飞，吴翊，刘文魁，庞素敏，
申请(专利权)人：国家电网有限公司西安交通大学，
类型：发明
国别省市：