[发明专利]借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器及工作方法

说明书

本发明公开了借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器及工作方法，气体直流断路器由三条支路组成，第一支路与第二支路并联，第一限流元件、第二限流元件和气体直流断路器串联组成第一支路，第二支路由能量吸收装置单独组成，电容与第一受控开关、电感依次串联组成第三支路，第三支路和气体直流断路器并联；第二受控开关与限流电阻、电容依次串联组成第四支路，第一限流元件和第二限流元件组成的串联支路与第四支路并联，或者第二限流元件和第四支路并联。本发明省去了预充电电路，成本低，设备开断可靠性高，具有双向开断功能。

技术领域

本发明涉及直流开关设备技术领域，具体地涉及借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器及工作方法。

背景技术

在柔性直流多端系统中，直流系统故障电流幅值大、上升率快，直流断路器很难在短时间内切断大功率直流电流。按照开断方式直流断路器可分为机械式、全固态式以及混合式三种。机械式直流断路器包括自激振荡型和它激振荡型直流断路器。自激振荡型直流开断利用气体电弧的负电阻特性和不稳定性，电容和电感串联支路产生递增的振荡电流叠加到气体断路器电流上，故障电流过零开断。在直流电网中常用超导限流器与基于自激振荡原理的机械式直流断路器配合使用达到限流开断目的，该方法反应迅速，限流程度深，通态损耗小，但开断时间长，触头烧蚀严重。它激振荡式直流断路器开断原理与自激振荡式相似，不同之处在于电容需要预充电回路，可靠性降低，成本升高，同时在高压直流开断中面临绝缘问题。

全固态直流断路器以电力电子器件作为开关器件，无弧无噪声，可做到快速准确切断大电流，但成本和通态损耗均远高于机械式直流断路器。而且，在高电压大电流直流系统，为提高开断电流值以及实现双向开断，电力电子器件必须串并联，动态均压均流问题使器件极易损坏。

混合式直流断路器将机械开关与电力电子器件结合，开断电流大，开断速度快，时间短，但同样存在动态均压均流问题，器件易损坏，成本昂贵。

名称为“限流式自充电型人工过零高压直流断路器及其开断方法”的专利申请(申请号：201711085730.6，公开号：CN107834505A)提供了一种解决方案。此方案适用于高压领域，超导限流单元限流，整个超导单元两端电压直接给电容充电，换流回路的放电电流与故障电流反向叠加产生电流零点，机械开关实现额定电流和短路电流的开断。超导带材造价高，且需要液氮维持低温环境，充电电压和放电电流过大会造成设备损坏。而本发明采用自激振荡原理开断额定或过载电流，采取限流元件感应电压给电容充电方式开断短路电流，具有双向开断功能。适用于低、中、高压场合，低、中压采用空气、氢气等气体断路器，高压用六氟化硫、空气等断路器。所述限流元件不仅仅只是超导限流单元，可直接采用适合的直流系统平波电抗器，还可采用外加的电抗器、液态金属限流器、PTC热敏电阻等。依据直流系统故障电流情况，用整个或部分限流元件两端电压给电容充电，同时优选限流电阻限制充电幅值。本发明所述的气体直流断路器多并联了一条能量吸收支路，吸收系统电源以及限流元件释放的能量。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于提出一种借助限流设备电压充电方式的气体直流断路器及工作方法，该直流断路器适用于低、中、高压直流场合，正常通流损耗低。发生短路时限流元件感应电压直接给电容充电，不需要复杂的充放电回路，结构简单，成本低，可靠性高。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：