【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于混合式直流断路器，具体涉及一种基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器及工作方法。
技术介绍
1、混合式直流断路器是解决柔性直流电网故障电流快速分断问题、保障系统安全可靠运行的关键设备。然而，现有混合式直流断路器需要大量电力电子器件串并联，高昂成本制约了混合式直流断路器在高电压大容量系统中的推广和应用。
2、减少电力电子器件的使用数量是降低成本的有效措施之一，包括改进拓扑结构、通过可变钳位电压实现强制换流等方式。但上述方式大多存在拓扑原理复杂、控制难度高、断路器体积大等缺陷，难以适应高电压大容量直流电网的需求。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器及工作方法，将真空灭弧室的屏蔽罩与环形电容器进行电连接，以充当其第三电极，在直流电弧开断时通过第三电极使断路器通流支路的电流下降至零，而无需给灭弧室串联辅助换流电路就能实现换流转移，从而减少了电力电子器件的使用。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，包括通流支路、转移支路和耗能支路，且通流支路、转移支路和耗能支路并联；在线路和负载处于正常工作状态时，工作电流仅流经所述通流支路；在发生故障时，故障电流通过三电极真空灭弧室从通流支路转换到转移支路，最后转移到耗能支路；所述通流支路仅由三电极真空灭弧室构成，所述三电极真空灭弧室一端接通流支路的进线端，另一端接通
4、所述转移支路包括以下三种结构：
5、由若干个全桥模块级联而成，每个全桥模块包括四个igbt反并联二极管开关再并联一个缓冲电容，用于短时承载故障电流；
6、由两个反向串联的全控型器件且每个反向串联的全控型器件并联一个直流电容构成的子模块，多个子模块串联构成转移支路；
7、由一个igbt反并联二极管开关、一个直流电容、一个电阻和一个二极管构成的rcd缓冲模块，一个直流电容和一个二极管串联后与igbt反并联二极管开关并联，一个电阻并联在一个二极管两端，多个rcd缓冲模块串联构成转移支路。
8、所述耗能支路由金属氧化物避雷器构成，用于吸收直流电网中的故障能量，所述金属氧化物避雷器并联在三电极真空灭弧室两端。
9、所述环形电容器为薄膜电容，所述环形电容器两端的端子分别代表环形电容器的两根引出线，用于在真空灭弧室接入电路前对环形电容器进行预充电操作，所述环形电容器一端接接地开关，另一端与屏蔽罩等电位。
10、所述真空灭弧室的内层瓷壳开有环形槽，用于实现所述屏蔽罩与所述环形电容器的电连接。
11、所述海尔贝克永磁体阵列的材料为钕铁硼磁体或钐钴磁铁，包括按照环形海尔贝克阵列布置的8个分体式永磁体，形成单极性的合成强磁场。
12、所述海尔贝克永磁体阵列外面套有海尔贝克永磁体阵列外壳，整体紧固在真空灭弧室的外层瓷壳的表面，并安装于动静触头开距的中心平面位置，以获得燃弧期间最大的横向磁场。
13、所述的位于混合式直流断路器通流支路的三电极真空灭弧室的工作方法，当供电线路和负载设备正常工作时，基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器工作在闭合工作模式下，通流支路处于导通状态，电流从断路器的真空灭弧室流过为负载提供能量，转移支路和耗能支路均处于断开状态；
14、当线路负载发生短路故障时，故障电流流经通流支路，转移支路收到导通触发命令后，转移支路导通，同时控制单元发出开断直流电弧的指令，三电极真空灭弧室的动静触头分离，直流电弧在横向强磁场作用下，通过磁吹作用吸附到屏蔽罩表面，此时，燃弧通道转变到真空灭弧室触头与屏蔽罩之间；屏蔽罩作为第三电极的一部分，不断向环形电容器充电，环形电容器两端的电压逐渐升高，当环形电容器电压升高到高于断路器所在系统的电压时，电流下降到零，电弧熄灭；故障电流在不依靠辅助换流电路的情况下，从通流支路换流至转移支路；在动静触头达到安全断开距离后，转移支路开始关断，完成供电系统与线路故障点的隔离；最后，线路中残余的电流转移到耗能支路，由金属氧化物避雷器完成线路中残余能量的吸收；开断过程结束后，三电极真空灭弧室中与环形电容器相连的接地开关闭合，泄放环形电容器上的残余电荷，泄放结束后接地开关断开。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
16、本专利技术提供的基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，通过真空灭弧室的第三电极实现换流转移，而无需在通流支路中额外串联辅助换流电路，从而减少了电力电子器件的使用，大幅降低了制造成本，且换流原理简单，无需复杂的控制。
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1.一种基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，包括通流支路、转移支路和耗能支路，且通流支路、转移支路和耗能支路并联；其特征在于，在线路和负载处于正常工作状态时，工作电流仅流经所述通流支路；在发生故障时，故障电流通过三电极真空灭弧室从通流支路转换到转移支路，最后转移到耗能支路；所述通流支路仅由三电极真空灭弧室构成，所述三电极真空灭弧室一端接通流支路的进线端，另一端接通流支路的出线端，所述三电极真空灭弧室包括真空灭弧室，内嵌于真空灭弧室的内层瓷壳和外层瓷壳间的环形电容器，设置在真空灭弧室的外层瓷壳外部的海尔贝克永磁体阵列，所述环形电容器与真空灭弧室的屏蔽罩电连接构成真空灭弧室第三电极。
2.根据权利要求1所述的基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，其特征在于，所述转移支路包括以下三种结构：
3.根据权利要求1所述的基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，其特征在于，所述耗能支路由金属氧化物避雷器构成，用于吸收直流电网中的故障能量，所述金属氧化物避雷器并联在三电极真空灭弧室两端。
4.根据权利要求1所述的基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，其
5.根据权利要求1所述的基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，其特征在于，所述真空灭弧室的内层瓷壳开有环形槽，用于实现所述屏蔽罩与所述环形电容器的电连接，并用于固定屏蔽罩。
6.根据权利要求1所述的基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，其特征在于，所述海尔贝克永磁体阵列的材料为钕铁硼磁体或钐钴磁铁，包括按照海尔贝克环形阵列布置的8个分体式永磁体，形成单极性的合成强磁场。
7.根据权利要求1所述的基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，其特征在于，所述海尔贝克永磁体阵列外面套有海尔贝克永磁体阵列外壳，整体紧固在真空灭弧室的外层瓷壳的表面，并安装于动静触头开距的中心平面位置，以获得燃弧期间最大的横向磁场。
8.权利要求1至7任一项所述的基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器的工作方法，其特征在于，当供电线路和负载设备正常工作时，基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器工作在闭合工作模式下，通流支路处于导通状态，电流从断路器的真空灭弧室流过为负载提供能量，转移支路和耗能支路均处于断开状态；
...【技术特征摘要】
1.一种基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，包括通流支路、转移支路和耗能支路，且通流支路、转移支路和耗能支路并联；其特征在于，在线路和负载处于正常工作状态时，工作电流仅流经所述通流支路；在发生故障时，故障电流通过三电极真空灭弧室从通流支路转换到转移支路，最后转移到耗能支路；所述通流支路仅由三电极真空灭弧室构成，所述三电极真空灭弧室一端接通流支路的进线端，另一端接通流支路的出线端，所述三电极真空灭弧室包括真空灭弧室，内嵌于真空灭弧室的内层瓷壳和外层瓷壳间的环形电容器，设置在真空灭弧室的外层瓷壳外部的海尔贝克永磁体阵列，所述环形电容器与真空灭弧室的屏蔽罩电连接构成真空灭弧室第三电极。
2.根据权利要求1所述的基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，其特征在于，所述转移支路包括以下三种结构：
3.根据权利要求1所述的基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，其特征在于，所述耗能支路由金属氧化物避雷器构成，用于吸收直流电网中的故障能量，所述金属氧化物避雷器并联在三电极真空灭弧室两端。
4.根据权利要求1所述的基于三电极真空灭弧室的混合式直流断路器，其特征在于，所述环形电容器为薄膜电容，所述环形电容器两端的端子分别代表环形电容...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘思远，金敬勇，陈宏羿，陈金超，刘志远，耿英三，王建华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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