[发明专利]一种中压直流故障电流限制器及其实现方法

权利要求书

1.一种中压直流故障电流限制器，其特征在于，所述电流限制器包括：快速开关支路、限流单元支路和分流电阻支路；

所述快速开关支路包括一个或多个快速开关与转移电感，所述快速开关支路还包括二极管或一组反向并联的晶闸管，所述快速开关支路用于当直流供电系统发生短路故障时，将故障电流转移至限流单元支路；

所述限流单元支路包括至少一台固定式液态金属限流单元与至少一台可动式液态金属限流单元，所述限流单元支路用于将故障电流限制在较低水平；

所述分流电阻支路包括电阻，所述分流电阻支路用于当直流供电系统发生短路故障时，承担部分故障电流。

2.根据权利要求1所述的电流限制器，其特征在于：

所述快速开关用于当直流供电系统发生短路故障时，在几毫秒内完成分闸；

所述转移电感用于当直流供电系统发生短路故障时，将故障电流在几十微秒内转移至限流单元支路。

3.根据权利要求2所述的电流限制器，其特征在于：

所述二极管用于钳制转移电感两端产生的反压；

所述晶闸管用于实现电流双向流动。

4.根据权利要求3所述的电流限制器，其特征在于：所述快速开关与转移电感相串联，所述二极管或晶闸管与转移电感相并联。

5.根据权利要求3所述的电流限制器，其特征在于：在电流单向工作模式下，所述转移电感与二极管反向并联；

在电流双向工作模式下，所述转移电感与一组反向并联的晶闸管并联。

6.根据权利要求3所述的电流限制器，其特征在于：所述快速开关包括操动机构和触头系统；

所述触头系统与操动机构通过绝缘拉杆连接，操动机构动作将带动触头系统分合闸；

所述操动机构利用金属盘-放电线圈间的涡流效应制成，触头系统采用空气桥式触头结构或真空触头。

7.根据权利要求1所述的电流限制器，其特征在于：所述固定式液态金属限流单元用于在故障电流通过限流支路时首先起弧，在几毫秒内限制短路电流；

所述可动式液态金属限流单元在短路电流被限制后，开始起弧，并产生高于直流供电系统电压的电弧电压，将故障电流保持在短路电流峰值的0.4倍以下。

8.根据权利要求1所述的电流限制器，其特征在于：

所述电阻采用电感低、能量密度高的定值电阻。

9.一种基于权利要求1-8任一所述的中压直流故障电流限制器的实现方法，其特征在于：所述方法能够针对直流供电系统正常运行和直流供电系统发生短路故障两种情况实施不同的操作；

当直流系统正常运行时，所述快速开关闭合，电流流经快速开关与转移电感，所述限流单元支路与分流电阻支路电流接近于零；

当直流系统发生短路故障时，电流在几十微秒内由快速开关支路转移到限流单元所在的支路。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：当直流供电系统发生短路故障时实施的操作具体为：快速开关打开，由于转移电感的作用，电流流向限流单元支路转移，流经快速开关支路的故障电流逐渐减小为零，转移电感两端产生的反压被并联二极管或触发后的晶闸管钳制；

当故障电流完全转移至限流单元支路，限流单元支路中固定式液态金属限流单元首先起弧，当限流单元支路总的正向电压达到直流供电系统电压水平时，总故障电流开始下降；随后可动式液态金属限流单元起弧并拉伸和挤压电弧，限流单元支路阻抗进一步提高，能够将故障电流保持在较低水平；

在限流单元支路起弧后，故障电流开始向分流电阻支路转移，最终大部分故障电流由限流单元支路转移至分流电阻支路，剩余小部分流经限流单元支路，所述电流限制器完成限流。