[发明专利]一种具有强迫换流功能的混合式直流断路器

说明书

一种具有强迫换流功能的混合式直流断路器，由主电流回路、电流转移支路、能量耗散支路、续流支路和控制系统组成。正常通流状态下，系统电流从主回路流过，高速机械开关承担额定通流。关断额定电流时，触发高速机械开关和相应电力电子器件导通，预充电电容放电，电流被强迫转移至电流转移支路，由电流转移支路关断额定电流后，避雷器导通完成开断。当发生短路故障时，触发高速机械开关和相应电力电子器件导通，预充电电容放电开始换流，电流首先转移至电流转移支路，由电流转移支路关断短路电流后，避雷器导通完成开断。所述新型电流转移直流断路器具有电流转移速度快，开断能力强、断口恢复特性好等特点。

技术领域

本发明涉及一种具有强迫换流功能的混合式直流断路器，通过预 充电电容放电与主回路电流抵消实现故障电流的快速转移。改变触发 电流转移支路的功率半导体器件的时序，实现关断不同通流方向的电 流的功能。

背景技术

直流断路器作为直流配电系统中至关重要的保护元件，是快速分 断直流故障电流、系统安全运行的保证。基于电力电子器件的固态直 流断路器全电流范围开断速度快，可靠性高，但由于大功率电力电子 器件串联在额定通流回路中，通态损耗大，且造价相对较高，难以实 现工业大规模应用；传统的机械式直流断路器额定通流损耗低，开断 能力强，但小电流开断时间长，且断口绝缘恢复差。针对上述两种开 断方案的不足，本文提出了一种结合机械开关和固态开关转移的直流 断路器方案，具有开断速度快，断口绝缘恢复好、可靠性高等优势， 能够满足目前直流配电网安全、可靠、经济的要求。

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供一 种新型的混合式断路器及其控制方法。通过控制高速机械开关HSS 动作，然后根据回路电流大小按照特定时序触发电流转移支路的全控 型功率半导体器件导通，完成电流分断。

具体的，本发明采用如下技术方案：

一种具有强迫换流功能的混合式直流断路器，由主电流回路、电 流转移支路、能量耗散支路、续流支路和在线监测系统和控制系统组 成。其中主电流回路，电流转移支路，能量耗散支路，续流并联之后， 通过出线端A1和A2引出。其特征在于：

(1)所述主电流回路高速机械开关高速开关断口两端和断路器 出线端A1和A2直接相连；

(2)所述电流转移支路中：二极管D1反并联在全控型功率半 导体器件T1两端，电容C和电阻R串联后，并联在T1两端；二极 管D2反并联在全控型功率半导体器件T2两端，电容C和电阻R串 联后，并联在T2两端，氧化锌避雷器分别并联在T1、T2两端。T1 和T2反向串联构成固态开关组件，一个或多个固态开关组件与预充 电电容串联构成电流转移支路，电流转移支路两端并联在主回路两端；

(3)所述能量耗散支路中：由避雷器(MOV)构成能量耗散支路， MOV1并联在T1两端，MOV2并联在T2两端。

(4)所述在线监测系统测量流经所述出线端A1或A2的电流以 及电流方向、流经所述主电流回路的电流、流经所述电流转移支路的 电流、所述高速机械开关两端的电压和所述高速机械开关的开关位移， 当系统电流方向从A1到A2时，通过测量所述主电流回路的电流幅 值和变化率控制所述高速机械开关HSS和电流转移支路的功率半导 体器件动作，当系统电流方向从A2到A1时，通过测量所述主电流 回路的电流幅值和变化率控制所述高速机械开关HSS和电流转移支 路的功率半导体器件动作。

其中所述在线监测系统特征包括：用于测量系统电流状态的电流 传感器G0、用于测量主回路电流状态的电流传感器G1、用于测量电 流转移支路电流状态电流传感器G2，用于测量能量耗散支路电流状 态电流传感器G3，用于测量高速机械开关HSS断口电压的电压传感 器Vhss，用于测量高速机械开关运动状态的位移传感器Pd，用于测 量断路器环境温度的温度传感器D4，以及相应信号调理电路的A/D 转换模块、通信模块；