一種自動充電型強制過零高壓直流斷路器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高壓直流斷路器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種自動充電型強制過零高壓直流斷路器。
【背景技術(shù)】
[0002]與交流輸電相比，高壓直流輸電具有線路費用經(jīng)濟、兩端系統(tǒng)無需穩(wěn)定運行、功率調(diào)節(jié)簡單易行等優(yōu)點，特別適合于超高壓、大容量、遠距離輸電。目前，世界上投入運行的HVDC工程有90多個，總?cè)萘砍^70000MW。但世界上運行的高壓直流輸電系統(tǒng)均為點對點連接，出現(xiàn)故障時只能斷開交流側(cè)斷路器，從而導(dǎo)致整個換流站停運，極大影響直流輸電系統(tǒng)的可靠性，原因就在于沒有可供使用的高壓直流斷路器。這一缺陷不僅限制了高壓直流輸電優(yōu)越性的發(fā)揮，也制約著多端直流電網(wǎng)的建立和發(fā)展。
[0003]當(dāng)發(fā)生短路故障時，直流系統(tǒng)的低阻抗導(dǎo)致短路電流迅速上升，因此必須保證直流斷路器在盡可能短的時間內(nèi)可靠地切除短路故障。同時，由于直流斷路器在開斷電流期間需要承受較高的暫態(tài)恢復(fù)電壓，必須保證主開關(guān)支路滿足絕緣要求。
[0004]高壓直流斷路器領(lǐng)域備受關(guān)注的方案之一就是預(yù)充電強制過零高壓直流斷路器，即利用常規(guī)交流機械斷路器電流過零熄弧的特點，通過預(yù)充電電容與電感產(chǎn)生的反向高頻振蕩電流與快速開關(guān)中直流故障電流疊加以產(chǎn)生“人工電流零點”，從而熄滅電弧，開斷電流。但是該種方案，對換流支路觸發(fā)開關(guān)的快速可靠導(dǎo)通要求非常高，難以滿足雙向故障電流開斷以及故障重合閘開斷等功能，以及需要的預(yù)充電設(shè)備體積龐大，設(shè)備繁多，控制復(fù)雜O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明的目的是提供一種自動充電型強制過零高壓直流斷路器，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)充電強制過零高壓直流斷路器預(yù)充電設(shè)備體積龐大、換流支路觸發(fā)開關(guān)速度要求高、控制復(fù)雜和僅開斷單向故障電流的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明提供了一種自動充電型強制過零高壓直流斷路器，包括快速開關(guān)單元、吸能單元、親合電抗器單元、換流電容單元、第一隔離開關(guān)和第二隔離開關(guān)；親合電抗器單元包括原邊繞組和副邊繞組；第一隔離開關(guān)、所述快速開關(guān)單元、所述原邊繞組和所述第二隔離開關(guān)依次串聯(lián)連接；所述吸能單元與所述快速開關(guān)單元并聯(lián)連接；換流電容單元與副邊繞組串聯(lián)后再與所述吸能單元并聯(lián)連接。吸能單元用于吸收故障電流被切斷后電力系統(tǒng)中感性元件存儲的能量來實現(xiàn)對所述快速開關(guān)的限壓保護；耦合電抗器用于發(fā)生故障時耦合故障電流流通線路與所述換流電容單元所在支路；第一隔離開關(guān)和所述第二隔離開關(guān)用于在電流完全切除后斷開以保護直流斷路器。本發(fā)明能夠快速可靠切斷任意方向的故障電流。
[0007]更進一步地，換流電容單元包括換流電容、預(yù)充電模塊和充電開關(guān)；充電開關(guān)與所述換流電容串聯(lián)連接，換流電容的非串聯(lián)連接端用于與所述副邊繞組連接，所述換流電容用于與所述副邊繞組發(fā)生振蕩；充電開關(guān)的非串聯(lián)連接端用于與第一隔離開關(guān)和快速開關(guān)單元的連接端連接；充電開關(guān)用于當(dāng)所述吸能單元耗散系統(tǒng)能量后打開以切斷殘存振蕩電流，并在切斷額定電流之前控制所述換流電容的充電過程；預(yù)充電模塊連接在換流電容的充電端，用于在開斷額定電流時給所述換流電容預(yù)充電。
[0008]更進一步地，快速開關(guān)單元包括快速開關(guān)以及與所述快速開關(guān)的供電端連接的快速開關(guān)供能模塊；快速開關(guān)用于承擔(dān)電流開斷后的系統(tǒng)電壓，快速開關(guān)供能模塊用于給所述快速開關(guān)中的操動機構(gòu)提供電源。
[0009]更進一步地，當(dāng)任一方向發(fā)生短路故障時，所述快速開關(guān)立刻分斷并發(fā)生燃弧，所述原邊繞組中的故障電流逐漸上升并產(chǎn)生變化磁場，所述副邊繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與故障電流同方向以實現(xiàn)對所述換流電容的自動充電，所述換流電容充電完成后通過所述副邊繞組放電，放電電流與故障電流反向并疊加產(chǎn)生電流零點，所述快速開關(guān)熄弧，電流全部轉(zhuǎn)移至所述換流電容和所述副邊繞組支路，當(dāng)所述快速開關(guān)兩端電壓達到所述吸能單元的動作值時，所述吸能單元導(dǎo)通并耗散系統(tǒng)能量，打開所述充電開關(guān)以切斷殘存振蕩電流。
[0010]更進一步地，當(dāng)切斷額定電流時，斷開所述充電開關(guān)，所述預(yù)充電模塊給所述換流電容預(yù)充電，閉合所述充電開關(guān)后，所述換流電容與所述副邊繞組形成高頻振蕩電流與所述快速開關(guān)中的額定電流疊加以產(chǎn)生電流零點，電流轉(zhuǎn)移至所述換流電容，當(dāng)所述換流電容的電壓上升到所述吸能單元的動作值時，所述吸能單元導(dǎo)通并耗散系統(tǒng)能量。
[0011]更進一步地，切斷故障電流時無需對所述換流電容預(yù)充電，通過所述耦合電抗器實現(xiàn)換流電容的自動充電；僅切斷額定電流時需要預(yù)充電設(shè)備，降低預(yù)充電設(shè)備的體積和成本。
[0012]更進一步地，耦合電抗器為鐵芯耦合電抗器、空心耦合電抗器或者平波電抗器加耦合線圈的形式。
[0013]更進一步地，所述快速開關(guān)為單個快速開關(guān)或N個依次串聯(lián)連接的快速開關(guān)#為大于I的正整數(shù)。各快速開關(guān)并聯(lián)RC均壓支路。
[0014]同時，本發(fā)明能夠進行串聯(lián)使用以實現(xiàn)高壓直流斷路器的模塊化，靈活滿足不同電壓等級直流輸電系統(tǒng)的需求。
[0015]綜上所述，本發(fā)明提供的一種自動充電型強制過零高壓直流斷路器，在滿足直流系統(tǒng)對高壓直流斷路器本身動作迅速、開斷大電流和承受高電壓的基礎(chǔ)上，通過耦合電抗器將故障電流流通線路與換流電容單元所在支路進行耦合，使得能夠開斷任意方向的故障電流，且無需預(yù)充電設(shè)備，無需快速投入換流電容所在支路的高速觸發(fā)開關(guān)，從而解決了現(xiàn)有強制過零型高壓直流斷路器難以滿足雙向故障電流開斷等功能，預(yù)充電設(shè)備體積大、換流支路的觸發(fā)開關(guān)要求高和控制復(fù)雜等問題。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例提供的自動充電型強制過零高壓直流斷路器的原理框圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實施例提供的自動充電型強制過零高壓直流斷路器的具體電路圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實施例提供的自動充電型強制過零高壓直流斷路器的多斷口串聯(lián)使用的具體電路圖；
[0019]圖4為本發(fā)明實施例提供的自動充電型強制過零高壓直流斷路器的多模塊串聯(lián)使用的具體電路圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0021]本發(fā)明在滿足直流系統(tǒng)對高壓直流斷路器本身動作迅速、開斷大電流和承受高電壓的基礎(chǔ)上，解決了現(xiàn)有強制過零型高壓直流斷路器預(yù)充電設(shè)備體積大、換流支路開關(guān)要求高、控制復(fù)雜和僅開斷單一方向故障電流的技術(shù)問題。
[0022]本發(fā)明提供的一種自動充電型強制過零高壓直流斷路器，包括快速開關(guān)單元、吸能單元、親合電抗器單元、換流電容單元和主回路隔離開關(guān)單元；親合電抗器單元包括原邊繞組和副邊繞組；主回路隔離開關(guān)單元包括第一隔離開關(guān)和第二隔離開關(guān)；第一隔離開關(guān)與快速開關(guān)單元、原邊繞組、所述第二隔離開關(guān)依次串聯(lián)連接，快速開關(guān)單元和所述吸能單元并聯(lián)連接，換流電容單元的一端與快速開關(guān)單元的輸入端連接，且另一端通過副邊繞組與所述快速開關(guān)單元的輸出端連接。快速開關(guān)單元包括快速開關(guān)以及與快速開關(guān)的供電端連接的快速開關(guān)供能模塊；快速開關(guān)用于承擔(dān)電流開斷后的系統(tǒng)電壓，快速開關(guān)供能模塊用于給快速開關(guān)中的操動機構(gòu)提供電源；吸能單元用于吸收故障電流被切斷后電力系統(tǒng)中感性元件存儲的能量來實現(xiàn)對快速開關(guān)的限壓保護；耦合電抗器用于發(fā)生故障時耦合故障電流流通線路與換流電容單元所在支路；換流電容單元包括依次串聯(lián)連接的充電開關(guān)和換流電容，以及與換流電容充電端連接的預(yù)充電模塊；換流電容用于與副邊繞組產(chǎn)生諧振；預(yù)充電模塊用于開斷額定電流時給換流電容預(yù)充電；充電開關(guān)用于開斷額定電流時斷開，使得換流電容順利充電，以及切斷吸能部件耗散系統(tǒng)能量之后殘存的振蕩電流；主回路隔離開關(guān)單元用于在電流完全切除后斷開以保護直流斷路器。
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