[发明专利]一种直流分断系统主回路拓扑结构

说明书

本发明公开了一种直流分断系统主回路拓扑结构，包括主开关单元QF、分断单元、隔离单元QS和缓冲单元；分断单元和隔离单元QS串联后与主开关单元QF并联，分断单元的一端与主开关单元QF的电流流入端相连接，隔离单元QS的一端与主开关单元QF的电流流出端相连接，缓冲单元的一端与主开关单元QF的电流流入端相连接，其另一端与分断单元和隔离单元QS的串联端相连接；分断单元由电容C、控制开关FV、电感L和压敏电阻RV构成；本发明通过降低对隔离开关QS的长期通流要求，显著减小断路器分断过程中电容C及控制开关FV上的过电压，减小断路器的整体体积、降低综合成本、提高分断过程的可靠性。

技术领域

本发明属于电力系统故障保护技术领域，具体涉及一种直流分断系统的主回路拓扑结构。

背景技术

直流电力系统因其独特的优势，目前在船舶、轨道交通、矿山、脉冲功率及工业直流输配电等领域获得了广泛的应用。直流断路器作为重要的控制和保护设备，一直是直流电力系统研究的难点和关注的焦点。

直流分断过程主要需要完成三个任务：（1）在直流系统中迅速制造电流过零点，切断快速上升的故障电流；（2）吸收直流系统中感性元件储存的巨大电磁能量；（3）限制电流减小时因电磁能量转换而导致的分断过电压。

针对上述基本分断过程，国内外相关研究人员提出了许多不同的直流分断技术方案，包括：空气直流断路器、固态直流断路器、混合直流断路器以及人工过零型直流断路器。

基于人工过零技术的直流分断方案通过LC换流电路提供的反向高频电流与主开关中的短路电流叠加而产生直流电流过零点，然后利用压敏电阻吸收直流系统能量并限制过电压，技术简单成熟，并且容易向高压大容量方向发展，相较于其它方案具有综合优势。

典型的直流分断系统主回路拓扑如图1所示。其中QS是断路器在实际系统中使用时不可或缺的隔离设备，在系统正常工作时，需要长期导通负载电流。压敏电阻RV并联在主开关QF两端，在吸能限压过程中其两端电压包含电容C和电感L两部分电压，一方面受压敏电阻开通暂态过程的影响，使分断过程中电容C上的过电压大于压敏电阻的最大保护电压值，尤其当电感L较大（高压直流断路器中为mH级）时，电容C上的过电压显著增加，导致电容体积和成本增大；另一方面由于电容C和压敏电阻之间存在较大的电压差（相对于控制开关FV为反向），同时回路中的电感L较大，对于常用的真空触发开关（具有截流现象）、二极管（具有反向恢复现象）或晶闸管（具有反向恢复现象）等控制开关FV，在电流阻断过程中会产生较高的过电压，影响分断过程的可靠进行。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种新型的直流分断系统主回路拓扑，减小断路器整体体积、降低综合成本、提高分断过程的可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直流分断系统主回路拓扑结构，包括主开关单元QF：在直流系统正常工作阶段长期承载负载电流，并在分断过程中迅速形成机械断口、建立绝缘强度承受系统恢复电压；分断单元：由电容C、控制开关FV、电感L和压敏电阻RV构成，在分断过程中迫使主开关单元QF电流快速转移而过零熄弧，并吸收直流系统储存的电磁能量、限制系统过电压；隔离单元QS：当直流系统电流为零后无弧断开，在系统电源和负载之间形成电气隔离；缓冲单元：由吸收电阻Rs和吸收电容Cs串联构成，在分断过程中，减缓系统恢复电压的上升速率；所述的分断单元和隔离单元QS串联后与所述的主开关单元QF并联，所述的分断单元的一端与主开关单元QF的电流流入端相连接，所述的隔离单元QS的一端与主开关单元QF的电流流出端相连接，所述的缓冲单元的一端与主开关单元QF的电流流入端相连接，其另一端与分断单元和隔离单元QS的串联端相连接。

进一步，所述的电容C、控制开关FV和电感L依次串联，所述的压敏电阻RV并联在电容C和控制开关FV构成的串联电路两端，所述的压敏电阻RV和电容C的连接端与主开关单元QF的电流流入端相连接。