自响应限流开断式直流断路器

1.本发明涉及断路器领域，特别是一种自响应限流开断式直流断路器。


背景技术：

2.随着新能源发电技术的高速发展，新能源发电并网成为了电力系统发展必须要解决的难题。直流电力系统因为其容量大，并网难度低，成为当前的研究热点。短路故障电流是直流电力系统中必须解决的问题，由于直流短路故障电流具有上升速度快，缺少自然过零点等特点，开断直流故障电流成为发展直流电力系统的难点之一。
3.在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的不足或缺陷，提供了一种自响应限流开断式直流断路器，利用故障电流转移至斥力线圈时的浪涌电流，一方面限制故障电流的快速上升，另一方面进入斥力线圈的浪涌电流可以快速驱动斥力盘完成分闸动作。被限制上升的短路故障电流则通过转移支路完成电流的转移，创造机械断口的人工过零点，完成电流的分断与绝缘的建立。
5.本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
6.一种自响应限流开断式直流断路器包括串联的用于限制电流快速上升的限流部分和开断部分；所述限流部分包括并联的igct组件，rc阻容吸收电路和斥力线圈，限流部分一端连接进线端a1，另一端连接开断部分，开断部分另一端连接到出线端a2引出，所述开断部分包括并联的主电流回路，电流转移支路和能量耗散支路，主电流回路包括高速机械开关，电流转移支路包括串联的预充电电容c1、晶闸管组件tr1和转移电感l1，所述斥力线圈通过驱动斥力盘联动所述高速机械开关。
7.所述的自响应限流开断式直流断路器中，系统正常工作时，系统电流从进线端a1口流入，通过所述igct组件和所述主电流回路，再由出线端a2端口流出，此时主电流回路上的高速机械开关闭合，而斥力线圈、电流转移支路和能量耗散支路上均无电流流过；
8.当出现故障电流，igct组件收到动作信号关闭，故障电流被迫转移到斥力线圈中，斥力线圈限制故障电流的快速上升且驱动所述斥力盘动作，带动主电流回路的高速机械开关分闸，随后，所述转移电流支路中晶闸管组件tr1导通，预充电电容c1通过晶闸管组件tr1和转移电感l1进行放电，产生的转移电流和故障电流在高速机械开关上叠加产生过零点，主电流回路电流过零截止，故障电流被转移至预充电电容c1上，机械断口开始绝缘恢复，主电流回路两端建立系统电压，多余的能量通过能量耗散支路释放，完成故障电流的切除。
9.所述的自响应限流开断式直流断路器中，所述高速机械开关hss包括由一个或者多个断口串并联组成的断口。
10.所述的自响应限流开断式直流断路器中，所述断口包括真空断口或气体断口。
11.所述的自响应限流开断式直流断路器中，气体断口包括n2、空气、h2断口。
12.所述的自响应限流开断式直流断路器中，所述预充电电容c包括薄膜电容、有机介质电容、无机介质电容、电解电容、电热电容和空气介质电容中的任意一个或者多个的组合。
13.所述的自响应限流开断式直流断路器中，所述igct组件替换为电力全控型器件及其组件，电力全控型器件组件包括igbt组件、iegt组件或gto组件。
14.所述的自响应限流开断式直流断路器中，所述能量耗散电路包括以下器件的单个或者多个组合：金属氧化物避雷器、可卸式避雷器。
15.所述的自响应限流开断式直流断路器中，金属氧化物避雷器包括线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器或全绝缘复合外套金属氧化物避雷器。
16.所述的自响应限流开断式直流断路器中，高速机械开关包括基于电磁斥力的真空高速机械开关、空气高速机械开关、具有灭弧能力的气体填充的高速机械开关。
17.有益效果
18.本发明能够解决短路电流快速上升的问题，有利于断路器完成电流开断，降低断路器的参数要求。通过限流部分进行限流，并利用浪涌电流完成高速机械断口的快速分闸，随后利用开断部分进行故障电流的切除。所述直流断路器具有限制故障电流快速上升与开断故障电流的功能，通过对浪涌电流的利用完成断口的快速分闸，具体成本和体积的优势，适用于直流电力系统。
19.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
20.通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
21.在附图中：
22.图1是根据本发明一个实施例的自响应限流开断式直流断路器的结构示意图；
23.图2(a)至图2(d)是根据本发明一个实施例的自响应限流开断式直流断路器的开断原理示意图；
24.图3根据本发明一个实施例的自响应限流开断式直流断路器的结构示意图；
25.图4是根据本发明一个有双向开断能力的实施例的自响应限流开断式直流断路器的结构示意图。
26.以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
27.下面将参照附图1至图4更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
28.需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
29.为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
30.如图1至图3所示，一种自响应限流开断式直流断路器包括串联的用于限制电流快速上升的限流部分和开断部分；所述限流部分包括并联的igct组件，rc阻容吸收电路和斥力线圈，限流部分一端连接进线端a1，另一端连接开断部分，开断部分另一端连接到出线端a2引出，所述开断部分包括并联的主电流回路，电流转移支路和能量耗散支路，主电流回路包括高速机械开关，电流转移支路包括串联的预充电电容c1、晶闸管组件tr1和转移电感l1，所述斥力线圈通过驱动斥力盘联动所述高速机械开关。
31.所述的自响应限流开断式直流断路器的优选实施例中，系统正常工作时，系统电流从进线端a1口流入，通过所述igct组件和所述主电流回路，再由出线端a2端口流出，此时主电流回路上的高速机械开关闭合，而斥力线圈、电流转移支路和能量耗散支路上均无电流流过；
32.当出现故障电流，igct组件收到动作信号关闭，故障电流被迫转移到斥力线圈中，斥力线圈限制故障电流的快速上升且驱动所述斥力盘动作，带动主电流回路的高速机械开关分闸，随后，所述转移电流支路中晶闸管组件tr1导通，预充电电容c1通过晶闸管组件tr1和转移电感l1进行放电，产生的转移电流和故障电流在高速机械开关上叠加产生过零点，主电流回路电流过零截止，故障电流被转移至预充电电容c1上，机械断口开始绝缘恢复，主电流回路两端建立系统电压，多余的能量通过能量耗散支路释放，完成故障电流的切除。
33.所述的自响应限流开断式直流断路器的优选实施例中，所述高速机械开关hss包括由一个或者多个断口串并联组成的断口。
34.所述的自响应限流开断式直流断路器的优选实施例中，所述断口包括真空断口或气体断口。
35.所述的自响应限流开断式直流断路器的优选实施例中，气体断口包括n2、空气、h2断口。
36.所述的自响应限流开断式直流断路器的优选实施例中，所述预充电电容c包括薄膜电容、有机介质电容、无机介质电容、电解电容、电热电容和空气介质电容中的任意一个或者多个的组合。
37.所述的自响应限流开断式直流断路器的优选实施例中，所述igct组件替换为电力全控型器件及其组件，电力全控型器件组件包括igbt组件、iegt组件或gto组件。
38.所述的自响应限流开断式直流断路器的优选实施例中，所述能量耗散电路包括以下器件的单个或者多个组合：金属氧化物避雷器、可卸式避雷器。
39.所述的自响应限流开断式直流断路器的优选实施例中，金属氧化物避雷器包括线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器或全绝缘复合外套金属氧化物避雷器。
40.所述的自响应限流开断式直流断路器的优选实施例中，高速机械开关包括基于电磁斥力的真空高速机械开关、空气高速机械开关、具有灭弧能力的气体填充的高速机械开关。
41.在一个实施例中，图1是本发明提供的一种自响应限流开断式直流断路器由限流部分和开断部分串联组成。其中限流部分由igct组件，rc阻容吸收电路和斥力线圈并联组成；开断部分由主电流回路、电流转移支路和能量耗散支路组成并联组成。限流部分一端连接这进线端a1，另一端连接开断部分，开断部分另一端连接到出线端a2引出。所述限流部分用于限制电流快速上升，并联的斥力线圈通过驱动斥力盘联动开断部分中的高速机械开关。所述主电流回路为高速机械开关。所述电流转移支路由预充电电容器，晶闸管组件和转移电感串联组成。
42.图2(a)至图2(d)是本发明中断路器的开断原理流程图，如图2(a)所示，当系统正常工作时，系统电流从进线端a1流入，通过限流部分的igct组件和开断部分的主电流回路，再由出线端a2流出。此时主电流回路上的高速机械开关闭合，而斥力线圈，电流转移支路和能量耗散支路上均无电流流过。如图2(b)所示，当出现故障电流，断路器收到上位机控制系统的动作指令时，igct组件收到动作信号关闭，故障电流被迫转移到斥力线圈中。斥力线圈一方面限制故障电流的快速上升，另一方面驱动斥力盘动作，带动主电流回路的高速机械开关分闸。
43.随后，如图2(c)所示，开断部分的转移电流支路中晶闸管组件导通，预充电电容通过晶闸管组件和转移电感进行放电，产生的转移电流和故障电流在高速机械开关上叠加产生过零点。主电流回路电流过零截止，故障电流被转移至预充电电容上，机械断口开始绝缘恢复。
44.最后，如图2(d)所示，主电流回路两端建立系统电压，多余的能量通过能量耗散支路释放，完成故障电流的切除。
45.所述的断路器的另一个实施例中，所述的高速机械开关是基于电磁斥力的真空高速机械开关、空气高速机械开关、sf6或其他具有灭弧能力的气体填充的高速机械开关。
46.所述的断路器的另一个实施例中，所述限流部分中使用的igct组件可以替换为igbt组件、iegt组件、gto组件或其他电力全控型器件及其组件。
47.如图4所示，自响应限流开断式直流断路器包括串联的用于限制电流快速上升的限流部分和开断部分；所述限流部分包括并联的igct组件、rc阻容吸收电路和斥力线圈，限流部分一端连接进线端a1，另一端连接开断部分，所述igct组件包括并联的相反布置的igct组件，开断部分另一端连接到出线端a2引出，所述开断部分包括并联的主电流回路，电流转移支路和能量耗散支路，主电流回路包括高速机械开关，电流转移支路包括串联的预
充电电容c1、晶闸管桥h和转移电感l1，第一晶闸管组件一端连接所述高速机械开关，另一端连接预充电电容c1和晶闸管桥h之间，第二晶闸管组件一端连接所述高速机械开关，另一端连接预充电电容c1，第三晶闸管组件一端连接所述第二晶闸管组件和预充电电容c1之间，另一端连接晶闸管桥h，和电感l1之间，所述斥力线圈通过驱动斥力盘联动所述高速机械开关的机械断口。本断路器能够双向分断。
48.尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

技术特征：
1.一种自响应限流开断式直流断路器，其特征在于，其包括串联的用于限制电流快速上升的限流部分和开断部分；所述限流部分包括并联的igct组件，rc阻容吸收电路和斥力线圈，限流部分一端连接进线端a1，另一端连接开断部分，开断部分另一端连接到出线端a2引出，所述开断部分包括并联的主电流回路，电流转移支路和能量耗散支路，主电流回路包括高速机械开关，电流转移支路包括串联的预充电电容c1、晶闸管组件trl和转移电感l1，所述斥力线圈通过驱动斥力盘联动所述高速机械开关。2.根据权利要求1所述的自响应限流开断式直流断路器，其特征在于，优选的，系统正常工作时，系统电流从进线端a1口流入，通过所述igct组件和所述主电流回路，再由出线端a2端口流出，此时主电流回路上的高速机械开关闭合，而斥力线圈、电流转移支路和能量耗散支路上均无电流流过；当出现故障电流，igct组件收到动作信号关闭，故障电流被迫转移到斥力线圈中，斥力线圈限制故障电流的快速上升且驱动所述斥力盘动作，带动主电流回路的高速机械开关分闸，随后，所述转移电流支路中晶闸管组件tr1导通，预充电电容c1通过晶闸管组件tr1和转移电感l1进行放电，产生的转移电流和故障电流在高速机械开关上叠加产生过零点，主电流回路电流过零截止，故障电流被转移至预充电电容c1上，机械断口开始绝缘恢复，主电流回路两端建立系统电压，多余的能量通过能量耗散支路释放，完成故障电流的切除。3.根据权利要求1所述的自响应限流开断式直流断路器，其特征在于：所述高速机械开关hss包括由一个或者多个断口串并联组成的断口。4.根据权利要求3所述的自响应限流开断式直流断路器，其特征在于：所述断口包括真空断口或气体断口。5.根据权利要求4所述的自响应限流开断式直流断路器，其特征在于：气体断口包括n2、空气、h2断口。6.根据权利要求1所述的自响应限流开断式直流断路器，其特征在于：所述预充电电容c包括薄膜电容、有机介质电容、无机介质电容、电解电容、电热电容和空气介质电容中的任意一个或者多个的组合。7.根据权利要求1所述的自响应限流开断式直流断路器，其特征在于：所述igct组件替换为电力全控型器件及其组件，电力全控型器件组件包括igbt组件、iegt组件或gto组件。8.根据权利要求1所述的自响应限流开断式直流断路器，其特征在于：所述能量耗散电路包括以下器件的单个或者多个组合：金属氧化物避雷器、可卸式避雷器。9.根据权利要求8所述的自响应限流开断式直流断路器，其特征在于：金属氧化物避雷器包括线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器或全绝缘复合外套金属氧化物避雷器。10.根据权利要求1所述的自响应限流开断式直流断路器，其特征在于：高速机械开关包括基于电磁斥力的真空高速机械开关、空气高速机械开关、具有灭弧能力的气体填充的高速机械开关。

技术总结
公开了一种自响应限流开断式直流断路器，其包括串联的用于限制电流快速上升的限流部分和开断部分；所述限流部分包括并联的IGCT组件，RC阻容吸收电路和斥力线圈，限流部分一端连接进线端A1，另一端连接开断部分，开断部分另一端连接到出线端A2引出，所述开断部分包括并联的主电流回路，电流转移支路和能量耗散支路，主电流回路包括高速机械开关，电流转移支路包括串联的预充电电容C1、晶闸管组件Trl和转移电感L1，所述斥力线圈通过驱动斥力盘联动所述高速机械开关。所述高速机械开关。所述高速机械开关。


技术研发人员：杨倬 杜海峰 肖宇 吴鑫 庄伟斌 吴益飞 吴翊 郭歌 张华 赵亚林
受保护的技术使用者：国网陕西省电力有限公司定边县供电分公司 西安交通大学 国网（西安）环保技术中心有限公司
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/7/22