一種高壓直流快速斷路器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高壓直流快速斷路器，屬于高壓、超高壓直流輸電【技術(shù)領域】。高壓直流快速斷路器由機械隔離開關(guān)、中低壓直流斷路器串聯(lián)后與高壓電子開關(guān)并聯(lián)形成。該高壓直流快速斷路器串聯(lián)于高壓直流線路中，為高壓直流設備及線路提供保護；當線路或直流設備故障時，高壓直流快速斷路器保護動作，使直流設備與線路迅速斷開。
【專利說明】一種高壓直流快速斷路器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓直流快速斷路器，屬于高壓、超高壓直流輸電【技術(shù)領域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，高壓直流輸電及多端柔性直流輸電由于具有較大的優(yōu)勢愈來愈受到人們的重視。高壓直流輸電由于沒有線路的無功損耗、傳輸效率高，當輸電線路長度超過一定距離時，還具有造價低等特點。因此直流輸電特別適合于長距離輸電。
[0003]我國地域遼闊，西部地區(qū)有豐富的水力資源和煤炭資源，而東部沿海地區(qū)則是我國工業(yè)密集，電力短缺，需要大量能源的地區(qū)。因此，為了合理調(diào)整我國的能源布局，就必須建立長距離、大容量的輸電系經(jīng)，以實現(xiàn)西電東調(diào)。直流輸電系統(tǒng)則可以發(fā)揮其顯著的補用。
[0004]隨著新能源戰(zhàn)略的發(fā)展，一大批新能源電站相續(xù)建立，但是新能源的一大特點是穩(wěn)定性差，柔直直流輸電剛好能解決新能源并網(wǎng)中穩(wěn)定性差的問題，而且可以通過發(fā)展多端柔直輸電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。發(fā)展多端柔直聯(lián)網(wǎng)，就必須有高壓直流斷路器，以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。因此，直流斷路器是解決柔直直流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、提高可靠性和可控性的重要途徑。
[0005]由于直流回路沒有電流過零點，不能直接滅弧，所以直流斷路器主要是利用交流斷路器的滅弧執(zhí)行機構(gòu)，或者通過增加諧振裝置人為產(chǎn)生過零點，或者通過旁路電路進行分流以提供零電流條件。
[0006]對于高壓或特高壓領域，直流斷路器多處于研究階段，特別是快速直流斷路器，更是尚未有工程應用，這是由于在發(fā)生短路故障的情況，要使直流斷路器正常開斷故障直流電流，必須采取措施強迫直流電流過零。但在電流過零時，直流系統(tǒng)中存儲著巨大的能量需要釋放，這部分能量所產(chǎn)生的過電壓必須有合適的措施限制，否則能引起斷路器斷口間的電弧重燃，造成開斷失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種高壓直流快速斷路器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:
[0009]一種高壓直流快速斷路器，包括機械隔離開關(guān)、高壓電子開關(guān)和中低壓直流斷路器；所述機械隔離開關(guān)與中低壓直流斷路器串聯(lián)，形成一條支路，所述高壓電子開關(guān)與所述支路并聯(lián)。
[0010]所述高壓電子開關(guān)由至少兩個閥段串聯(lián)構(gòu)成，每個閥段由一個避雷器與至少一組串聯(lián)的可關(guān)斷大功率電子元件并聯(lián)形成。
[0011]所述可關(guān)斷大功率電阻元件為IGBT、IECT或GT0。
[0012]本發(fā)明主要由三部分構(gòu)成——機械隔離開關(guān)、中低壓直流斷路器和高壓電子開關(guān)。機械隔離開關(guān)為沒有分斷高壓直流電弧能力或具有分斷很小直流電弧能力的高壓快速隔離開關(guān)。其斷口額定電壓為系統(tǒng)的額定直流電壓。在本發(fā)明中，它起到快速隔離的作用，不具備消除直流電弧的能力。
[0013]中低壓直流斷路器為低于系統(tǒng)額定直流電壓的、具有消除直流電弧能力的低壓直流斷路器，其斷開電流的速度很快，這種設備可以直接選型購買，成本較低。
[0014]高壓電子開關(guān)包括有IGBT、IECT或GTO等等具有可控能力的大功率半導體器件正方向串聯(lián)組成的閥組，有大功率可控元件、冷卻單元、觸發(fā)板、高壓取能單元，避雷器和其它輔助控制系統(tǒng)組成；由于是電子器件，其動作速度很快。
[0015]在高壓或超高壓直流輸電系統(tǒng)中，本發(fā)明的高壓直流快速斷路器接入線路，正常狀態(tài)下，機械隔離開關(guān)、中低壓直流斷路器的串聯(lián)支路導通，高壓電子開關(guān)不導通，主回路電流流過串聯(lián)支路，而高壓電子開關(guān)回路中沒有電流流過(啟動過程中除外)。
[0016]當高壓直流線路短路故障時，中低壓直流斷路器及高壓電子開關(guān)同時動作，直流電流在中低壓直流斷路器兩端產(chǎn)生電弧壓降。當中低壓直流斷路器兩端壓降大于高壓電子開關(guān)的閾值后，高壓電子開關(guān)導通，從而將直流電流迅速轉(zhuǎn)移至高壓電子開關(guān)回路，相應的中低壓直流斷路器，及機械隔離開關(guān)串聯(lián)支路中的電流迅速降低，使得中低壓直流斷路器能夠順利斷開并息弧。當檢測到中低壓直流斷路器回路電流過零時，控制系統(tǒng)控制高壓電子開關(guān)停止導通，高壓電子開關(guān)呈高阻抗狀態(tài)，其回路中的直流電流回路斷開，從而斷開高壓直流快速斷路器兩端的接通狀態(tài)。回路中直流電流剩余的能量有與高壓電子開關(guān)并聯(lián)的避雷器吸收。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的高壓直流快速斷路器電路原理圖；
[0018]圖2是本發(fā)明高壓電子開關(guān)閥段電路原理圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0020]如圖1所示。高壓直流斷路器有機械隔離開關(guān)、中低壓直流斷路器串聯(lián)后，再與有多級閥段組成的高壓電子開關(guān)并聯(lián)組成。每個閥段由多個可關(guān)斷大功率電子元件串聯(lián)再與避雷器并聯(lián)構(gòu)成，如圖2所示，作為其它實施方式，也可以根據(jù)需要使可關(guān)斷大功率電子元件形成其它串并聯(lián)結(jié)構(gòu)?？申P(guān)斷大功率電子元件包括IGBT、IECT、GT0等等。
[0021]其工作原理如下:
[0022]主回路中的電流正常情況下從機械隔離開關(guān)及中低壓直流斷路器中流過，高壓電子開關(guān)回路中沒有電流流過。
[0023]當高壓直流線路短路故障時，中低壓直流斷路器首先動作，由于中低壓直流斷路器具有直流消弧能力，直流電流在中低壓直流斷路器兩端產(chǎn)生電弧壓降，此時立即觸發(fā)與其并聯(lián)的高壓電子開關(guān)。高壓電子開關(guān)導通后，由于其導通阻抗低，直流電流迅速轉(zhuǎn)移至快速電子開關(guān)回路，相應的中低壓直流斷路器，及高壓快速隔離開關(guān)回路中的直流電流迅速降低，端電壓也迅速降低，快速機械開關(guān)及中低壓直流斷路器具備了消弧條件，并斷開息弧，使機械隔離開關(guān)具備了阻斷額定直流電壓的能力。然后，高壓電子開關(guān)停止導通，呈高阻抗狀態(tài)，斷開回路中的直流電流回路。
[0024]高壓直流斷路器啟動時，首先高壓電子開關(guān)啟動，接通直流回路，此時中低壓直流斷路器及高壓快速隔離開關(guān)兩端端電壓很低，僅為高壓電子開關(guān)回路的導通壓降。機械隔離開關(guān)及中低壓直流斷路器可以在低壓下迅速閉合，接通主回路。由于機械隔離開關(guān)及中低壓直流斷路器閉合后的阻抗極小，自動旁路并切斷高壓電子開關(guān)回路中的直流電流。使直流電流無損耗通過機械隔離開關(guān)及中低壓直流斷路器。
[0025]回路中直流電流剩余的能量有與高壓電子開關(guān)并聯(lián)的避雷器吸收，剩余能力被避雷器吸收完畢后，整個直流斷路器具有了完全阻斷高壓額定直流電壓的能力，達到保護直流設備及直流線路的目的。這里的避雷器還具有限制高壓電子開關(guān)過電壓的能力，以便保護聞壓電子開關(guān)。
[0026]以上給出一種具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述方案，對本領域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓直流快速斷路器，其特征在于，包括機械隔離開關(guān)、高壓電子開關(guān)和中低壓直流斷路器；所述機械隔離開關(guān)與中低壓直流斷路器串聯(lián)，形成一條支路，所述高壓電子開關(guān)與所述支路并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓直流快速斷路器，其特征在于，所述高壓電子開關(guān)由至少兩個閥段串聯(lián)構(gòu)成，每個閥段由一個避雷器與至少一組串聯(lián)的可關(guān)斷大功率電子元件并聯(lián)形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓直流快速斷路器，其特征在于，所述可關(guān)斷大功率電阻元件為IGBT、IECT或GTO。
【文檔編號】H02H3/087GK103647248SQ201310571609
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】姚為正, 張建, 何青連, 馬俊民, 張學成, 常忠廷, 洪波, 李旭升, 毛文喜 申請人:許繼集團有限公司, 許繼電氣股份有限公司