一种线路取能直流断路器及其应用方法与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种线路取能直流断路器及其应用方法。


背景技术：

2.直流输配电系统故障发展快、电流增长快，可靠的故障隔离是保证其安全稳定运行的关键。高技术经济性的直流断路器是支撑直流输配电系统发展应用的核心装备。混合式高压直流断路器是当前高压直流开断的主流技术路线，其损耗低、应用与扩展性灵活。然而，混合式直流断路器采用由大量全控型igbt器件构成，一方面其开断性能受限于单个器件开断电流水平，进一步提升存在瓶颈，同时也造成设备整体成本高昂。而应用较广泛机械式直流断路器为有源式，通过对电容预充电，单次注入反向电流实现机械开关熄弧关断，损耗低，但对电容预充电压高，需要高压隔离变压器、高压输出整流设备等复杂充电装置。机械式直流断路器预充电容放电后，重合闸开断工况下电容能量不足，无法再次实现快速注入分断电流。同时，现有可实现双向关断功能的直流断路器拓扑复杂。为此，需要提出的新的拓扑方案，满足直流输配电系统双向关断能力、重合开断能力及更高可靠性的应用需求。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的直流断路器双向关断功能实现复杂，且难以满足重合开断能力及更高可靠性的应用需求的缺陷，从而提供一种线路取能直流断路器及其应用方法。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.第一方面，本发明实施例提供一种线路取能直流断路器，包括：通流支路、开断支路及耗能支路，其中，
6.所述通流支路串联连接于直流系统中，所述开断支路与所述通流支路并联连接，所述耗能支路并联连接于所述开断支路内部电容两端；
7.所述通流支路包括第一机械开关组及第二机械开关组，所述第一机械开关组与所述第二机械开关组串联连接；
8.所述开断支路包括充电回路、第一电流注入回路、第二电流注入回路及振荡回路；
9.闭合所述第一机械开关组及所述第二机械开关组，导通直流系统负荷电流，同时向所述开断支路内部电容预充电；
10.当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，在所述第一机械开关组达到预设开距时，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第二机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反
转，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作；
11.当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，在所述第二机械开关组达到预设开距时，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第一机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作。
12.可选地，所述充电回路，包括：第一电感、第一电容、第一二极管和第一电阻，其中，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间，所述第一电感的另一端依次通过所述第一电容、所述第一二极管与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地。
13.可选地，所述第一电流注入回路，包括：第一晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第一晶闸管的阳极连接在所述第一机械开关组的一端，所述第一晶闸管的阴极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。
14.可选地，所述第一电流注入回路，包括：第一晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第一晶闸管的阴极连接在所述第一机械开关组的一端，所述第一晶闸管的阳极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。
15.可选地，所述第二电流注入回路，包括：第二晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第二晶闸管的阳极连接在所述第二机械开关组的一端，所述第二晶闸管的阴极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。
16.可选地，所述第二电流注入回路，包括：第二晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第二晶闸管的阴极连接在所述第二机械开关组的一端，所述第二晶闸管的阳极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。
17.可选地，所述振荡回路，包括：第一电容、第一电感和第三晶闸管，其中，所述第一电感的一端与第三晶闸管的阴极连接，所述第三晶闸管的阳极与所述第一电容的另一端连接，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端连接。
18.可选地，所述振荡回路，包括：第一电容、第一电感和第三晶闸管，其中，所述第一电感的一端与第三晶闸管的阳极连接，所述第三晶闸管的阴极与所述第一电容的另一端连接，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端连接。
19.可选地，所述第一机械开关组包括至少一个机械开关，所述第二机械开关组包括
至少一个机械开关。
20.第二方面，本发明实施例提供一种线路取能直流断路器的应用方法，基于本发明实施例第一方面所述的线路取能直流断路器，所述线路取能直流断路器的应用方法，包括：
21.闭合第一机械开关组及第二机械开关组，导通直流系统负荷电流，同时向开断支路内部电容预充电；
22.当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，在所述第一机械开关组达到预设开距时，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第二机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作；
23.当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，在所述第二机械开关组达到预设开距时，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第一机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作。
24.可选地，当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，在所述第一机械开关组达到预设开距时，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，包括：
25.当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，令所述第一机械开关组燃弧分闸，直至达到预设开距；
26.触发开通第一晶闸管，控制第一电容通过第一晶闸管向所述第一机械开关组注入反向电流，所述第一机械开关组熄弧开断；
27.在所述第一机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第一晶闸管向第一电容充电，直至所述耗能支路中避雷器动作，触发关断第一晶闸管。
28.可选地，当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，包括：
29.当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，令所述第二机械开关组燃弧分闸，同时触发开通第三晶闸管，控制第一电容通过振荡回路放电，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，并且第一电容电压完成极性反转；
30.触发开通第二晶闸管，利用第一电容向所述第二机械开关组注入反向电流，所述第二机械开关组熄弧开断；
31.在所述第二机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第二晶闸管向第一电容充电，直至耗能支路中避雷器动作，触发关断第二晶闸管。
32.可选地，当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，在所述第二机械开关组达到预设开距时，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，包括：
33.当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，令所述第二机械开关组燃弧分闸，直至达到预设开距；
34.触发开通第二晶闸管，控制第一电容通过第二晶闸管向所述第二机械开关组注入反向电流，所述第二机械开关组熄弧开断；
35.在所述第二机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第二晶闸管向第一电容充电，直至所述耗能支路中避雷器动作，触发关断第二晶闸管。
36.可选地，当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，包括：
37.当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，令所述第一机械开关组燃弧分闸，同时触发开通第三晶闸管，控制第一电容通过振荡回路放电，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，并且第一电容电压完成极性反转；
38.触发开通第一晶闸管，利用第一电容向所述第一机械开关组注入反向电流，所述第一机械开关组熄弧开断；
39.在所述第一机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第一晶闸管向第一电容充电，直至耗能支路中避雷器动作，触发关断第一晶闸管。
40.本发明技术方案，具有如下优点：
41.1.本发明提供的一种线路取能直流断路器，包括：通流支路、开断支路及耗能支路，其中，通流支路串联连接于直流系统中，开断支路与通流支路并联连接，耗能支路并联连接于开断支路内部电容两端；通流支路包括第一机械开关组及第二机械开关组，第一机械开关组与第二机械开关组串联连接；开断支路包括充电回路、第一电流注入回路、第二电流注入回路及振荡回路。在线路取能直流断路器投入运行后，利用直流系统负荷电流向开断支路内部电容预充电，并在故障隔离后，通过控制开断支路中相应回路状态，将开断支路内部电容恢复至充电后初始状态，实现断路器重合闸功能。根据直流系统线路不同故障位置，选择不同机械开关组分闸，通过控制开断支路中相应回路状态，实现故障隔离，不仅提
高了线路取能直流断路器的灵活性及可靠性，同时也实现了线路取能直流断路器的双向关断功能。
42.2.本发明提供的一种线路取能直流断路器的应用方法，在线路取能直流断路器投入运行后，利用直流系统负荷电流向开断支路内部电容预充电，并在故障隔离后，通过控制开断支路中相应回路状态，将开断支路内部电容恢复至充电后初始状态，实现断路器重合闸功能。根据直流系统线路不同故障位置，选择不同机械开关组分闸，通过控制开断支路中相应回路状态，实现故障隔离，不仅提高了线路取能直流断路器的灵活性及可靠性，同时也实现了线路取能直流断路器的双向关断功能。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1为本发明实施例中线路取能直流断路器的一个具体示例的原理框图；
45.图2为本发明实施例中线路取能直流断路器的一个具体示例的拓扑；
46.图3为本发明实施例中线路取能直流断路器的另一个具体示例的拓扑；
47.图4为本发明实施例中线路取能直流断路器的应用方法的一个具体示例的流程图；
48.图5-图8为线路取能直流断路器的稳态运行电流示意图；
49.图9-图14为右侧故障开断电流示意图；
50.图15-图20为左侧故障开断电流示意图。
具体实施方式
51.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
52.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
53.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
55.实施例1
56.本发明实施例提供一种线路取能直流断路器，如图1所示，包括：通流支路、开断支路及耗能支路。其中，通流支路串联连接于直流系统中，用于导通直流系统稳态运行电流。开断支路与通流支路并联连接，用于在直流系统故障时，利用内部预储存能量向通流支路注入电流，实现通流支路断开。耗能支路并联连接于开断支路内部电容两端，用于消耗故障电流。
57.在一具体实施例中，通流支路包括第一机械开关组及第二机械开关组，第一机械开关组与第二机械开关组串联连接。第一机械开关组包括至少一个机械开关，第二机械开关组包括至少一个机械开关。开断支路包括充电回路、第一电流注入回路、第二电流注入回路及振荡回路。在本发明实施例中，由于线路取能直流断路器通流支路仅包含机械开关，因此无需水冷设备。
58.具体地，闭合第一机械开关组及第二机械开关组，导通直流系统负荷电流，同时向开断支路内部电容预充电，实现直流系统稳态运行。
59.当直流系统右侧线路发生故障时，向第一机械开关组发送分闸命令，在第一机械开关组达到预设开距时，导通第一电流注入回路，利用开断支路内部电容向第一机械开关组注入反向电流，在第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过第一电流注入回路向开断支路内部电容充电，直至耗能支路动作，导通振荡回路，变换开断支路内部电容电压极性，或向第二机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到第二机械开关组的预设开距，且开断支路内部电容完成极性反转，导通第二电流注入回路，利用开断支路内部电容向第二机械开关组注入反向电流，在第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过第二电流注入回路向开断支路内部电容充电，直至耗能支路动作。
60.当直流系统左侧线路发生故障时，向第二机械开关组发送分闸命令，在第二机械开关组达到预设开距时，导通第二电流注入回路，利用开断支路内部电容向第二机械开关组注入反向电流，在第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过第二电流注入回路向开断支路内部电容充电，直至耗能支路动作，导通振荡回路，变换开断支路内部电容电压极性，或向第一机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到第一机械开关组的预设开距，且开断支路内部电容完成极性反转，导通第一电流注入回路，利用开断支路内部电容向第一机械开关组注入反向电流，在第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过第一电流注入回路向开断支路内部电容充电，直至耗能支路动作。
61.在线路取能直流断路器投入运行后，利用直流系统负荷电流向开断支路内部电容预充电，并在故障隔离后，通过控制开断支路中相应回路状态，将开断支路内部电容恢复至充电后初始状态，实现断路器重合闸功能。在此过程中，由于线路取能直流断路器开断支路内部电容从线路取能，无需额外充电装置，可有效减小设备占地面积。进一步地，根据直流系统线路不同故障位置，选择不同机械开关组分闸，通过控制开断支路中相应回路状态，实现故障隔离，不仅提高了线路取能直流断路器的灵活性及可靠性，同时也实现了线路取能直流断路器的双向关断功能。上述直流断路器具有低损耗、快速、双向等特征，技术性能良好。
62.优选地，线路取能直流断路器，以其第一机械开关组包括第一机械开关k1，其第二机械开关组包括第二机械开关k2为例进行说明。具体地，线路取能直流断路器有两种实现
形式，分别如图2和图3所示。如图2和图3所示，其开断支路均包括充电回路、第一电流注入回路、第二电流注入回路及振荡回路。
63.在一具体实施例中，充电回路，包括：第一电感l、第一电容c、第一二极管d和第一电阻r。其中，第一电感l的一端连接在第一机械开关组与第二机械开关组之间，第一电感l的另一端依次通过第一电容c、第一二极管d与第一电阻r的一端连接，第一电阻r的另一端接地。
64.在本发明实施例中，第一电感l的一端连接在第一机械开关k1与第二机械开关k2之间，第一电感l的另一端依次通过第一电容c、第一二极管d与第一电阻r的一端连接，第一电阻r的另一端接地。具体地，开断支路是基于第一电感l和第一电容c的放电电路。其中，第一电感l、第一电容c、第一二极管d和第一电阻r构成充电回路，用于第一电容c在线取能充电。
65.优选地，在如图2所示的线路取能直流断路器实现形式中，第一电流注入回路，包括：第一晶闸管t1、第一电感l和第一电容c。其中，第一晶闸管t1的阳极连接在第一机械开关组的一端，第一晶闸管t1的阴极通过第一电容c与第一电感l的另一端连接，第一电感l的一端连接在第一机械开关组与第二机械开关组之间。
66.第二电流注入回路，包括：第二晶闸管t2、第一电感l和第一电容c。其中，第二晶闸管t2的阳极连接在第二机械开关组的一端，第二晶闸管t2的阴极通过第一电容c与第一电感l的另一端连接，第一电感l的一端连接在第一机械开关组与第二机械开关组之间。
67.振荡回路，包括：第一电容c、第一电感l和第三晶闸管tx。其中，第一电感l的一端与第三晶闸管tx的阴极连接，第三晶闸管tx的阳极与第一电容c的另一端连接，第一电容c的一端与第一电感l的另一端连接。
68.在一具体实施例中，第一晶闸管t1、第一电感l和第一电容c构成第一机械开关k1的第一电流注入回路，用于开断时向第一机械开关k1注入电流。第二晶闸管t2、第一电感l和第一电容c构成第二机械开关k2的第一电流注入回路，用于开断时向第二机械开关k2注入电流。第一电容c、第一电感l和第三晶闸管tx构成振荡回路，用于变换第一电容c电压极性。
69.优选地，在如图3所示的线路取能直流断路器实现形式中，第一电流注入回路，包括：第一晶闸管t1、第一电感l和第一电容c。其中，第一晶闸管t1的阴极连接在第一机械开关组的一端，第一晶闸管t1的阳极通过第一电容c与第一电感l的另一端连接，第一电感l的一端连接在第一机械开关组与第二机械开关组之间。
70.第二电流注入回路，包括：第二晶闸管t2、第一电感l和第一电容c。其中，第二晶闸管t2的阴极连接在第二机械开关组的一端，第二晶闸管t2的阳极通过第一电容c与第一电感l的另一端连接，第一电感l的一端连接在第一机械开关组与第二机械开关组之间。
71.振荡回路，包括：第一电容c、第一电感l和第三晶闸管tx。其中，第一电感l的一端与第三晶闸管tx的阳极连接，第三晶闸管tx的阴极与第一电容c的另一端连接，第一电容c的一端与第一电感l的另一端连接。
72.在一具体实施例中，第一晶闸管t1、第一电感l和第一电容c构成第一机械开关k1的第一电流注入回路，用于开断时向第一机械开关k1的注入电流。第二晶闸管t2、第一电感l和第一电容c构成第二机械开关k2的第一电流注入回路，用于开断时向第二机械开关k2注
入电流。第一电容c、第一电感l和第三晶闸管tx构成振荡回路，用于变换第一电容c电压极性。
73.在一实施例中，线路取能直流断路器中电力电子器件均采用晶闸管器件，过电流能力强，可提升直流断路器电流开断性能。
74.实施例2
75.本发明实施例提供一种线路取能直流断路器的应用方法，如图4所示，包括如下步骤：
76.s1：闭合第一机械开关组及第二机械开关组，导通直流系统负荷电流，同时向开断支路内部电容预充电。
77.在一具体实施例中，以图2及图3所示的线路取能直流断路器为例进行说明。如图5及图7所示，闭合第一机械开关k1及第二机械开关k2，导通直流系统负荷电流，同时向开断支路内部电容c预充电。充电完成后，实现直流系统稳态运行，其运行状态如图6及图8所示。
78.s2：当直流系统右侧线路发生故障时，向第一机械开关组发送分闸命令，在第一机械开关组达到预设开距时，导通第一电流注入回路，利用开断支路内部电容向第一机械开关组注入反向电流，在第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过第一电流注入回路向开断支路内部电容充电，直至耗能支路动作，导通振荡回路，变换开断支路内部电容电压极性，或向第二机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到第二机械开关组的预设开距，且开断支路内部电容完成极性反转，导通第二电流注入回路，利用开断支路内部电容向第二机械开关组注入反向电流，在第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过第二电流注入回路向开断支路内部电容充电，直至耗能支路动作。
79.在一具体实施例中，由于线路取能直流断路器有2种实现方式，当其采用不同的实现方式时，其应用方法也不同。具体地，当线路取能直流断路器采用图2所示的实现方式时，s2包括如下步骤：
80.s21：当直流系统右侧线路发生故障时，向第一机械开关组发送分闸命令，令第一机械开关组燃弧分闸，直至达到预设开距。
81.s22：触发开通第一晶闸管t1，控制第一电容c通过第一晶闸管t1向第一机械开关组注入反向电流，第一机械开关组熄弧开断。
82.s23：在第一机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第一晶闸管t1向第一电容c充电，直至耗能支路中避雷器动作，触发关断第一晶闸管t1。
83.在本发明实施例中，如图9所示，当直流系统右侧线路发生故障时，线路取能直流断路器收到分断命令后，向第一机械开关k1发送分闸命令，第一机械开关k1燃弧分闸，直至达到足够耐受暂态开断电压的设计开距。而后触发开通第一晶闸管t1，第一电容c通过第一晶闸管t1向第一机械开关k1注入反向电流，第一机械开关k1熄弧开断。第一机械开关k1开断后，故障电流通过第一晶闸管t1向第一电容c充电，如图10所示，直至耗能支路的避雷器动作，触发关断第一晶闸管t1。避雷器动作后，触发开通第三晶闸管tx，第一电容c通过第一电感l、第一电容c、第三晶闸管tx放电，如图11所示，第一电容c电压回到如图6所示充电后初始状态，触发关断第三晶闸管tx，此时线路取能直流断路器可再次开断重合闸后电流。
84.进一步地，当线路取能直流断路器采用图3所示的实现方式时，s2包括如下步骤：
85.s24：当直流系统右侧线路发生故障时，向第二机械开关组发送分闸命令，令第二
机械开关组燃弧分闸，同时触发开通第三晶闸管tx，控制第一电容c通过振荡回路放电，直至达到第二机械开关组的预设开距，并且第一电容c电压完成极性反转。
86.s25：触发开通第二晶闸管t2，利用第一电容c向第二机械开关组注入反向电流，第二机械开关组熄弧开断。
87.s26：在第二机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第二晶闸管t2向第一电容c充电，直至耗能支路中避雷器动作，触发关断第二晶闸管t2。
88.在本发明实施例中，如图12所示，当直流系统右侧线路发生故障时，线路取能直流断路器收到分断命令后，向第二机械开关k2发送分闸命令，第二机械开关k2燃弧分闸，同时触发开通第三晶闸管tx，第一电容c通过第一电感l、第一电容c、第三晶闸管tx放电，直至达到第二机械开关k2足够耐受暂态开断电压的设计开距，并且第一电容c电压完成极性反转。而后触发开通第二晶闸管t2，第一电容c通过第二晶闸管t2向第二机械开关k2注入反向电流，第二机械开关k2熄弧开断，如图13所示。第二机械开关k2开断后，故障电流通过第二晶闸管t2向第一电容c充电，如图14所示，直至避雷器动作，触发关断第二晶闸管t2，此时第一电容c电压即为最初状态，如图8所示，此时线路取能直流断路器可再次开断重合闸后电流。
89.s3：当直流系统左侧线路发生故障时，向第二机械开关组发送分闸命令，在第二机械开关组达到预设开距时，导通第二电流注入回路，利用开断支路内部电容向第二机械开关组注入反向电流，在第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过第二电流注入回路向开断支路内部电容充电，直至耗能支路动作，导通振荡回路，变换开断支路内部电容电压极性，或向第一机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到第一机械开关组的预设开距，且开断支路内部电容完成极性反转，导通第一电流注入回路，利用开断支路内部电容向第一机械开关组注入反向电流，在第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过第一电流注入回路向开断支路内部电容充电，直至耗能支路动作。
90.在一具体实施例中，当线路取能直流断路器采用图2所示的实现方式时，s3包括如下步骤：
91.s31：当直流系统左侧线路发生故障时，向第二机械开关组发送分闸命令，令第二机械开关组燃弧分闸，直至达到预设开距；
92.s32：触发开通第二晶闸管t2，控制第一电容c通过第二晶闸管t2向第二机械开关组注入反向电流，第二机械开关组熄弧开断；
93.s33：在第二机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第二晶闸管t2向第一电容c充电，直至耗能支路中避雷器动作，触发关断第二晶闸管t2。
94.在本发明实施例中，若左侧发生接地故障，工作原理与右侧发生接地故障相同，不同之处为向第二机械开关k2发送分闸命令，触发开通第二晶闸管t2，第一电容c通过第一电感l和第二晶闸管t2向第二机械开关k2注入反向电流，第二机械开关k2熄弧开断，如图15-17所示。
95.进一步地，当线路取能直流断路器采用图3所示的实现方式时，s3包括如下步骤：
96.s34：当直流系统左侧线路发生故障时，向第一机械开关组发送分闸命令，令第一机械开关组燃弧分闸，同时触发开通第三晶闸管tx，控制第一电容c通过振荡回路放电，直至达到第一机械开关组的预设开距，并且第一电容c电压完成极性反转；
97.s35：触发开通第一晶闸管t1，利用第一电容c向第一机械开关组注入反向电流，第
一机械开关组熄弧开断；
98.s36：在第一机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第一晶闸管t1向第一电容c充电，直至耗能支路中避雷器动作，触发关断第一晶闸管t1。
99.在本发明实施例中，若左侧发生接地故障，工作原理与右侧发生接地故障相同，不同之处为向第一机械开关k1发送分闸命令，第一电容c预充电压极性反转完成后，触发开通第一晶闸管t1，第一电容c通过第一电感l和第一晶闸管t1向第一机械开关k1注入反向电流，第一机械开关k1熄弧开断，如图18-20所示。
100.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种线路取能直流断路器，其特征在于，包括：通流支路、开断支路及耗能支路，其中，所述通流支路串联连接于直流系统中，所述开断支路与所述通流支路并联连接，所述耗能支路并联连接于所述开断支路内部电容两端；所述通流支路包括第一机械开关组及第二机械开关组，所述第一机械开关组与所述第二机械开关组串联连接；所述开断支路包括充电回路、第一电流注入回路、第二电流注入回路及振荡回路；闭合所述第一机械开关组及所述第二机械开关组，导通直流系统负荷电流，同时向所述开断支路内部电容预充电；当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，在所述第一机械开关组达到预设开距时，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第二机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作；当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，在所述第二机械开关组达到预设开距时，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第一机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作。2.根据权利要求1所述的线路取能直流断路器，其特征在于，所述充电回路，包括：第一电感、第一电容、第一二极管和第一电阻，其中，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间，所述第一电感的另一端依次通过所述第一电容、所述第一二极管与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地。3.根据权利要求2所述的线路取能直流断路器，其特征在于，所述第一电流注入回路，包括：第一晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第一晶闸管的阳极连接在所述第一机械开关组的一端，所述第一晶闸管的阴极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。4.根据权利要求2所述的线路取能直流断路器，其特征在于，所述第一电流注入回路，包括：第一晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第一晶闸管的阴极连接在所述第一机械开关组的一端，所述第一晶闸管的阳极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。
5.根据权利要求3所述的线路取能直流断路器，其特征在于，所述第二电流注入回路，包括：第二晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第二晶闸管的阳极连接在所述第二机械开关组的一端，所述第二晶闸管的阴极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。6.根据权利要求4所述的线路取能直流断路器，其特征在于，所述第二电流注入回路，包括：第二晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第二晶闸管的阴极连接在所述第二机械开关组的一端，所述第二晶闸管的阳极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。7.根据权利要求5所述的线路取能直流断路器，其特征在于，所述振荡回路，包括：第一电容、第一电感和第三晶闸管，其中，所述第一电感的一端与第三晶闸管的阴极连接，所述第三晶闸管的阳极与所述第一电容的另一端连接，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端连接。8.根据权利要求6所述的线路取能直流断路器，其特征在于，所述振荡回路，包括：第一电容、第一电感和第三晶闸管，其中，所述第一电感的一端与第三晶闸管的阳极连接，所述第三晶闸管的阴极与所述第一电容的另一端连接，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端连接。9.根据权利要求1所述的线路取能直流断路器，其特征在于，所述第一机械开关组包括至少一个机械开关，所述第二机械开关组包括至少一个机械开关。10.一种线路取能直流断路器的应用方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述的线路取能直流断路器，所述线路取能直流断路器的应用方法，包括：闭合第一机械开关组及第二机械开关组，导通直流系统负荷电流，同时向开断支路内部电容预充电；当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，在所述第一机械开关组达到预设开距时，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第二机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作；当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，在所述第二机械开关组达到预设开距时，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第一机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路
内部电容充电，直至所述耗能支路动作。11.根据权利要求10所述的线路取能直流断路器的应用方法，其特征在于，当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，在所述第一机械开关组达到预设开距时，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，包括：当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，令所述第一机械开关组燃弧分闸，直至达到预设开距；触发开通第一晶闸管，控制第一电容通过第一晶闸管向所述第一机械开关组注入反向电流，所述第一机械开关组熄弧开断；在所述第一机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第一晶闸管向第一电容充电，直至所述耗能支路中避雷器动作，触发关断第一晶闸管。12.根据权利要求10所述的线路取能直流断路器的应用方法，其特征在于，当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，包括：当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，令所述第二机械开关组燃弧分闸，同时触发开通第三晶闸管，控制第一电容通过振荡回路放电，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，并且第一电容电压完成极性反转；触发开通第二晶闸管，利用第一电容向所述第二机械开关组注入反向电流，所述第二机械开关组熄弧开断；在所述第二机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第二晶闸管向第一电容充电，直至耗能支路中避雷器动作，触发关断第二晶闸管。13.根据权利要求10所述的线路取能直流断路器的应用方法，其特征在于，当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，在所述第二机械开关组达到预设开距时，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，包括：当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，令所述第二机械开关组燃弧分闸，直至达到预设开距；触发开通第二晶闸管，控制第一电容通过第二晶闸管向所述第二机械开关组注入反向电流，所述第二机械开关组熄弧开断；在所述第二机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第二晶闸管向第一电容充电，直至所述耗能支路中避雷器动作，触发关断第二晶闸管。14.根据权利要求10所述的线路取能直流断路器的应用方法，其特征在于，当直流系统
左侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，包括：当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，令所述第一机械开关组燃弧分闸，同时触发开通第三晶闸管，控制第一电容通过振荡回路放电，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，并且第一电容电压完成极性反转；触发开通第一晶闸管，利用第一电容向所述第一机械开关组注入反向电流，所述第一机械开关组熄弧开断；在所述第一机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第一晶闸管向第一电容充电，直至耗能支路中避雷器动作，触发关断第一晶闸管。

技术总结
本发明提供的一种线路取能直流断路器及其应用方法，该线路取能直流断路器包括：通流支路、开断支路及耗能支路，其中，通流支路串联连接于直流系统中，开断支路与通流支路并联连接，耗能支路并联连接于开断支路内部电容两端；通流支路包括第一机械开关组及第二机械开关组，第一机械开关组与第二机械开关组串联连接；开断支路包括充电回路、第一电流注入回路、第二电流注入回路及振荡回路。通过实施本发明，实现断路器重合闸功能、双向关断功能并提高了线路取能直流断路器的灵活性及可靠性。高了线路取能直流断路器的灵活性及可靠性。高了线路取能直流断路器的灵活性及可靠性。


技术研发人员：刘远 张升 周万迪 高冲 李弸智 陈龙龙
受保护的技术使用者：国网智能电网研究院有限公司
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/7/22