【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于中高压直流电力系统领域，具体涉及一种小电弧关断型直流断路器，以及其分断方法。
技术介绍
1、混合式分断技术综合了机械开关通态损耗低和半导体开关无弧关断的特性，是直流电力系统理想的故障保护方案。特别是在中/高压领域，传统的空气式断路器已很难通过增大弧压来实现电力系统的故障保护，混合式断路器拥有广阔的应用前景。
2、故障电流从主开关支路转移到电流转移支路是混合式断路器短路分断的关键环节。然而，随着系统电压等级升高，电流转移支路串联半导体器件数目增多，单独依靠电弧电压，已经无法满足电弧转移需求。
3、为解决中/高压直流电力系统中故障电流转移问题，目前，一般采用以下两种方案。
4、1）主开关支路串联全控型半导体igbt，短路保护过程中首先关断igbt，产生足够的电压促使故障电流转移，但由于igbt存在较大的通态损耗，该方案在额定载流工况下的损耗严重，特别是在大电流的场合。
5、2）清华大学研究人员提出利用“耦合负压”的原理进行故障电流转移，即在电流转移支路中串入互感线圈。短路保护过程当快速机械开关打开到足够的开距后，利用互感线圈产生的负压，实现电流转移。
6、但是一方面“耦合负压”的实现需要搭建一套脉冲电容充/放电回路，无疑会导致断路器体积及成本的大幅增加；另一方面直流电力系统短路电流上升速度极快，快速机械开关打开时电流通常已经上升到十几ka，再运动到足够的开距会上升的更高，大电流电弧无疑会对快速机械开关的触头造成严重的烧蚀。
技术实现
1、根据现有技术不足，本专利技术的目的之一是提出一种小电弧关断型直流断路器，可在基本不增大断路器体积的情况下，一方面实现故障电流的快速转移并可靠关断，另一方面实现快速机械开关的动、静触头在小电流水平下打开，减少电弧的烧蚀，增加断路器的电寿命。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小电弧关断型直流断路器，包括主开关支路、感应换流支路、电流转移支路和限压耗能支路，其中主开关支路、电流转移支路和限压耗能支路通过节点q1和q2并联在一起；还包括快速机械开关s1，所述的快速机械开关s1为包含静触头、动静头、分闸线圈x2、支撑架和斥力盘的电磁斥力快速机械开关；所述的主开关支路包括快速机械开关s1的动、静触头，还包括导线连接的两个节点j1、j2，两个节点之间的连接导线在结构上绕成环形记为电感l1，快速机械开关s1基于电磁斥力原理实现的高速分闸；所述的感应换流支路包括电容c1、感应线圈x1、分闸线圈x2、续流二极管d1、晶闸管t1和晶闸管t2，其连接结构为：电容c1、晶闸管t1、分闸线圈x2与二极管d1并联、感应线圈x1与晶闸管t2并联，再共同串联起来，分闸线圈x2用于快速机械开关s1的高速分闸，互感线圈x1与电感l1形成感应回路，用于故障电流的快速转移；所述的电流转移支路包括多个串联的全控型半导体器件igbt；所述的限压耗能支路包括金属氧化锌压敏电阻mov。
3、本专利技术的目的之二是提出一种小电弧关断型直流断路器的分断方法，包括以下步骤：
4、 1）在额定运行工况下，快速机械开关s1的动、静触头闭合，承载系统电流；
5、 2）当检测到系统发生短路故障，同时发送晶闸管t1导通指令和igbt导通指令；晶闸管t1导通后c1-x1-x2-t1回路导通，电感l1在感应线圈x1的作用下，感应出“左正右负”的电动势，迫使故障电流从主开关支路转移到电流转移支路，主开关支路的快速机械开关s1中电流很快降为零，由于快速机械开关s1存在固有延迟时间，此时动、静触头还未实际分离，随后快速机械开关s1中电流反向；
6、 3）延迟几十μs导通晶闸管t2，c1-t2-x2-t1回路导通，感应线圈x1通过晶闸管t2放电，快速机械开关s1中反向电流不再增加；
7、 4）电容c1两端电压降为零后晶闸管t2关断，互感线圈x1开始对电容c1充电，电流变化率反向，感应电动势变为“左负右正”，在该电动势作用下，快速机械开关s1中的反向电流迅速下降为零，定义从分闸线圈x2中产生电流至动静触头开始实际分闸的时间为快速机械开关s1的固有延迟时间，所述电容c1、分闸线圈x2形成的脉冲放电回路的周期t满足t/4＞快速机械开关s1的固有延迟时间，从而在快速机械开关s1中反向电流下降为零时可实现熄弧；
8、 5）电流完全转移至电流转移支路，维持电流转移支路的igbt导通一段时间，随后发送igbt关断指令，节点q1和q2两端电压迅速上升；
9、 6）当电压上升到压敏电阻mov开通电压时，压敏电阻mov开通，消耗系统中的能量，短路电流开始下降直至为零，短路分断保护完成。
10、与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：
11、本专利技术利用1套脉冲充/放电回路及合理的控制方式就实现了快速机械开关的快速分闸以及故障电流的快速转移，且所用互感线圈体积较小，感应电感更是直接利用回路连接结构实现，具备体积小，成本低的优势；同时本专利技术断路器实现了快速机械开关在低电流水平下打开，极大的减小了电弧对触头的烧蚀，增加了断路器大电流开断的寿命。
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1.一种小电弧关断型直流断路器，包括主开关支路、感应换流支路、电流转移支路和限压耗能支路，其中主开关支路、电流转移支路和限压耗能支路通过节点Q1和Q2并联在一起；还包括快速机械开关S1，所述的快速机械开关S1为包含静触头、动静头、分闸线圈X2、支撑架和斥力盘的电磁斥力快速机械开关；其特征在于：
2.一种如权利要求1所述小电弧关断型直流断路器的分断方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种小电弧关断型直流断路器，包括主开关支路、感应换流支路、电流转移支路和限压耗能支路，其中主开关支路、电流转移支路和限压耗能支路通过节点q1和q2并联在一起；还包括快速机械开关s1，所述的快速...
【专利技术属性】
技术研发人员：沙新乐，茹梦歌，李杰，彭振东，杨晨光，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶集团有限公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：
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