[发明专利]一种基于中频转移电流的高压直流真空断路器

说明书

技术领域

本发明属于高压电力开关领域，是一种可实用化的高压直流真空断路器技术，用于直流电力系统的开断与控制。

背景技术

目前，高压直流开关领域有两种新型高参数开关：真空开关和SF6开关。SF6开关绝缘性能好，但其泄露的废气对人体有害，并有温室效应，开断能力有一定的限制。真空开关开断性能好，中频开断能力强，但是需要采用电流转移技术，有成本和可靠性要兼顾的问题。电流转移回路实质上是一个中频电流发生回路，在保证真空开关开断能力的前提下，频率的选择直接与系统成本相关。此外，为保证开关的成功开断，参数设计还要选择合适的冗余度。

发明内容

本发明提供了一种基于中频转移电流的高压直流真空断路器，以实现可替代SF6开关的低成本、高可靠性高压直流真空断路器。本发明在现有的真空开关技术基础上设计一定参数的转移回路，组成可工业实现的高压直流真空断路器。一定参数的转移回路与一中频真空开关并联，转移回路中预先充电的转移电容器和转移电抗器串联，当中频真空开关分闸、转移投入开关闭合时产生一与中频真空开关中系统电流反向的中频转移电流，在中频真空开关中形成电流零点，使之过零开断。根据中频真空开关的中频开断能力和转移电流频率，可以给出冗余设计，求出可靠性与成本的关系。

本发明解决技术问题采用的技术方案如下：

一种基于中频转移电流的高压直流真空断路器，其特征是：包括转移回路、中频真空开关和避雷器，转移回路由预充电的转移电容器、转移电抗器和转移投入开关串联组成；转移回路并联中频真空开关，中频真空开关并联的避雷器；转移电容器的参数分别为160μF，转移电抗器的参数分别为160μH；中频真空开关和转移投入开关的工作电压都是3kV—30kV。

所述的高压直流真空断路器，其分断能力和可靠性冗余度均在1.5-2，转移电流峰值的冗余度在1.2-1.5，实现相对低的转移回路成本。

本发明的效果是低成本实现高压直流开断，在中高电压等级的直流电力系统中应用先进的真空开关技术取代目前有温室效应的SF6开关。由于采用频率优化技术，可解决常规转移回路的设计问题以及可靠性与冗余问题。该技术涉及的高压直流真空断路器结构简单、工业实现方便，运行可靠、寿命长，并不受外界环境干扰，通过装置的同步控制，可实现3kV以上高压直流电力系统的开断。

附图说明

图1是高压直流真空断路器的电路示意图。

图2是高压直流真空断路器的典型结构图。

图中：1转移电容器；2转移电抗器；3中频真空开关，4转移投入开关，5避雷器；6中频真空开关/转移投入开关联动本体；7电容器组箱体；8氧化锌避雷器；9电抗器本体；10开关端子；

I0转移电流；I系统电流；

具体实施方式

预先充电的转移电容器1和转移电抗器2串联组成转移回路，一定参数的转移回路与一中频真空开关3并联，当真空开关3分闸、转移投入开关4闭合时产生一与真空开关中系统电流I反向的中频转移电流I0，中频真空开关3中形成电流零点，使之电流过零开断。分断后转移回路中的剩余能量由避雷器5吸收，从而完成开断过程。一定参数范围的转移电容器1和转移电抗器2可以保证可靠开断和低成本，参数选取的另一个依据为设计冗余。

下面结合附图和实施例对本发明的结构和实施步骤做详细说明。

参照图1，当高压直流电流从开关端子10经过闭合状态的中频真空开关3，转移投入开关4处于断开状态，转移电容器1和转移电抗器2串联组成转移回路完成预充电，装置处于准备状态。当断路器接到分闸指令后，真空开关3分闸、转移投入开关4闭合，预先充电的转移电容器1和转移电抗器2串联组成转移回路产生一与真空开关中系统电流I反向的中频转移电流I0，中频真空开关3中形成电流零点，使之电流过零开断。分断后转移回路中的剩余能量由避雷器5吸收，从而完成开断过程。转移电容器1和转移电抗器2的参数选取，可保证装置的可靠开断，并具有一定的冗余。

本发明最佳实施例如下。在一12kV/10kA的高压直流断路器应用中，中频真空开关3的分断与转移投入开关4的闭合同杆联动，转移电容器1预先充电至系统电压，按转移电流峰值为额定开断电流的1.2倍、频率1kHz配置转移回路，则可求出转移电容器1和转移电抗器2的参数分别为160μF和160μH。不计电弧损耗，ZnO避雷器要吸收的剩余能力约8kJ。如果选用的真空开关有分断10kA/2kHz，或20kA/1kHz的能力，我们则得到2倍冗余的高压直流断路器。按这些参数可配置10kV等级高压直流断路器模块，精确控制的若干模块串联，可以完成更高电压等级的直流电力系统的开断。