[发明专利]一种中压大容量混合直流断路器及限流分断方法

说明书

本发明公开了一种中压大容量混合直流断路器，快速分断模块、初级转移模块、次级转移模块和能量吸收模块并联之后与隔离模块串联；快速分断模块和隔离模块串联承载直流系统正常工作时的负载电流，隔离模块用于分断正常工作电流；还公开了其限流分断方法，当直流电力系统发生短路故障时，快速分断模块分断产生的弧压使得流过快速分断模块的电流向初级转移模块转移，初级转移模块能自动产生较高的电弧电压，迫使故障电流迅速向次级转移模块中转移并最终实现分断；本发明长期带载损耗低、能大幅提高大电流分断过程的电流转移速度、减小次级转移模块的关断电流、而且无需对液态金属进行控制，从而快速、可靠地实现对故障电流的有效限制。

技术领域

本发明属于断路器技术领域，具体涉及一种中压大容量混合直流断路器，以及其限流分断方法。

背景技术

柔性直流输电技术的快速发展使得其容量大幅度提升，额定电流更大而且线路阻抗更小，当发生短路故障时，短路电流峰值高达上百千安，且短路电流上升速率更高。传统电力系统保护设备动作时间较长，分断能力有限，难以实现短路电流的快速限流分断。短路电流若未及时切断，将导致电气设备的永久性损坏，因此亟待进行新型限流及开断技术的研究。

目前的直流断路器在开断几十千安大电流时存在以下问题：

1，机械式断路器大电流灭弧问题导致绝缘恢复时间较长，难以实现大电流直接开断，分断可靠性低，寿命短。

2，固态断路器使用的电力电子器件的串联数较多通态损耗大，需配备专用的冷却设备，系统复杂。

3，液态金属限流器仅能起到限制短路电流峰值的作用，不具备开断大电流的能力。

4，采用机械式断路器和固态断路器构成的混合式断路器，机械式断路器开断时产生的弧压较低，需要多级换流过程，换流过程较长，控制系统复杂；中高压场合回路电感较大，转移速度慢，受半导体水平所限，分断能力低，或需要采用大量串并联，体积大、成本高。

为确保大电流可靠分断，一般有后备保护措施如爆炸开关或熔断器等以防换流失败导致系统故障扩大，但爆炸开关或熔断器仅能单次动作，系统维修困难，难以立刻恢复使用。当电压、电流等级升高时，由于电弧电压较低、回路电感较大、半导体开关通态阻抗较高、电流转移速度很慢，会导致半导体开关最终无法可靠关断，或需要采用多个器件串并联，会使体积和成本大幅增加。

当电压、电流等级升高时，快速分断模块分断产生的弧压较低不足以使次级转移模块中的半导体器件有效导通，无法实现电流向次级转移模块的转移；而初级转移模块可产生高达数千伏的电弧电压，可使次级转移模块中的半导体器件可靠导通，故障电流迅速转移，采用初级转移模块作为中间环节是必要的。

若采用半导体开关作为中间环节，由于电弧电压较低、回路电感较大、半导体开关通态阻抗较高、电流转移速度很慢，会导致半导体开关最终无法可靠关断，或需要采用多个器件串并联，会使体积和成本大幅增加。

现有的主动式电流转移型混合断路器，主电流通路的机械开关串联了可关断半导体开关，由于半导体开关导通损耗较高，需要额外增加散热设备，并且控制复杂，不适用于大电流场合。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提出一种中压大容量混合直流断路器，在满足开断要求的前提下，能自触发限流，通态损耗小，换流迅速，控制简单，降低了对次级转移模块和隔离模块开断能力的要求，系统可靠性大大提升；除此之外，避免了爆炸开关或熔断器等后备保护开关的使用，系统维修性大大提高。