一種電容緩沖式混合高壓直流斷路器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于高壓直流斷路器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電容緩沖式混合高壓直流斷路器。
【背景技術(shù)】
[0002]直流輸電方式是歷史上出現(xiàn)最早的輸電方式，但由于未能解決電壓變化等關(guān)鍵技術(shù)，所以很快被交流輸電技術(shù)所取代。但近年來(lái)隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和特殊輸電技術(shù)的需要以及大功率電力電子技術(shù)的進(jìn)步，高壓直流輸電以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)又得到了重視和應(yīng)用發(fā)展。與交流輸電相比，高壓直流輸電具有線路費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、兩端系統(tǒng)無(wú)需穩(wěn)定運(yùn)行、功率調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于超高壓、大容量、遠(yuǎn)距離輸電。
[0003]目前，世界上投入運(yùn)行的HVDC工程有90多個(gè)，總?cè)萘砍^(guò)70000麗。但世界上運(yùn)行的高壓直流輸電系統(tǒng)均為無(wú)分支的雙端網(wǎng)絡(luò)，原因在于沒(méi)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。
[0004]當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，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(shí)間內(nèi)可靠地切除短路故障。同時(shí)，由于直流斷路器在開(kāi)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(kāi)關(guān)支路滿足較高的耐壓要求。
[0005]目前直流斷路器主要分為三種類型:機(jī)械式直流斷路器、全固態(tài)式直流斷路器、結(jié)合機(jī)械開(kāi)關(guān)和固態(tài)開(kāi)關(guān)的混合式直流斷路器。但是適用于高壓領(lǐng)域的直流斷路器目前只有兩種方案:第一，利用常規(guī)交流機(jī)械斷路器電流過(guò)零熄弧的特點(diǎn)，通過(guò)預(yù)充電電容與電感產(chǎn)生的反向高頻振蕩電流與機(jī)械開(kāi)關(guān)中直流故障電流疊加以產(chǎn)生“人工電流零點(diǎn)”，從而熄滅電弧，開(kāi)斷電流。第二，近年提出的在主通路上串聯(lián)機(jī)械開(kāi)關(guān)和電力電子器件，另一條旁路由壓接IGBT或者電容器和避雷器并聯(lián)組成的采用無(wú)弧開(kāi)斷方式的混合式高壓直流斷路器。但是對(duì)于第一種方案，需要的組件多，控制復(fù)雜；對(duì)機(jī)械開(kāi)關(guān)、振蕩回路、充電電源等要求高。對(duì)于第二種方案，如采用壓接IGBT和避雷器并聯(lián)組成另一條旁路，則需要串并聯(lián)的IGBT數(shù)量太多，開(kāi)關(guān)動(dòng)作一致性得不到保證，可靠性差，控制復(fù)雜，同時(shí)價(jià)格昂貴，體積龐大；如采用電容器和避雷器并聯(lián)組成另一條旁路，利用無(wú)弧開(kāi)斷方式，則要求電容充電時(shí)間比較長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致電容選擇困難，滿足要求的電容體積往往過(guò)于龐大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型的目的是提供一種電容緩沖式混合高壓直流斷路器，在滿足直流系統(tǒng)對(duì)高壓直流斷路器本身動(dòng)作迅速、開(kāi)斷大電流和承受高電壓的基礎(chǔ)上，解決現(xiàn)有高壓直流斷路器控制復(fù)雜、可靠性差、體積龐大等問(wèn)題。
[0007]本實(shí)用新型提供的電容緩沖式混合高壓直流斷路器，包括依次串聯(lián)連接的機(jī)械開(kāi)關(guān)單元和電流轉(zhuǎn)換單元；所述機(jī)械開(kāi)關(guān)單元包括N個(gè)串聯(lián)連接的機(jī)械開(kāi)關(guān)子單元，每一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)子單元包括依次并聯(lián)連接的機(jī)械開(kāi)關(guān)、均壓模塊和吸能限壓模塊；所述均壓模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)N個(gè)串聯(lián)連接的所述機(jī)械開(kāi)關(guān)子單元間的均壓；所述吸能限壓模塊用于吸收故障電流被切斷后電力系統(tǒng)中感性元件存儲(chǔ)的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述機(jī)械開(kāi)關(guān)的限壓保護(hù)；N為大于等于I的整數(shù)；所述電流轉(zhuǎn)換單元包括并聯(lián)連接的電力電子開(kāi)關(guān)模塊和限壓模塊；所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊用于在外部故障電流控制信號(hào)的控制下分?jǐn)?，使得快速切斷故障電流；所述限壓模塊用于當(dāng)所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊兩端電壓超過(guò)動(dòng)作值時(shí)導(dǎo)通電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊的限壓保護(hù)；與所述機(jī)械開(kāi)關(guān)單元的供電端連接，且給所述機(jī)械開(kāi)關(guān)中的操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供電源的機(jī)械開(kāi)關(guān)供能單元；以及一端與所述機(jī)械開(kāi)關(guān)單元的輸入端連接且另一端與所述電流轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接，當(dāng)所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊分?jǐn)嗪鬄楣收想娏魈峁Q流緩沖支路的電容緩沖單元。
[0008]其中，電容緩沖單元包括緩沖電容器組，所述緩沖電容的取值由所述機(jī)械開(kāi)關(guān)的絕緣介質(zhì)恢復(fù)時(shí)間決定，所述緩沖電容的耐壓峰值由故障電流給電容充電的最大電壓值決定。
[0009]為保證高壓直流斷路器更好的模塊化，本實(shí)用新型提供了第二種電容緩沖式混合高壓直流斷路器連接形式，包括混合開(kāi)關(guān)單元，與所述混合開(kāi)關(guān)單元的供電端連接的機(jī)械開(kāi)關(guān)供能單元，以及一端與所述混合開(kāi)關(guān)單元的輸入端連接且另一端與所述混合開(kāi)關(guān)單元的輸出端連接的電容緩沖單元；所述混合開(kāi)關(guān)單元包括N個(gè)串聯(lián)連接的混合開(kāi)關(guān)子單元，每一個(gè)混合開(kāi)關(guān)子單元包括依次串聯(lián)連接的機(jī)械開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)模塊，與所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊并聯(lián)連接的限壓模塊，一端與所述機(jī)械開(kāi)關(guān)輸入端連接且另一端與所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊的輸出端連接的均壓模塊，以及與所述均壓模塊并聯(lián)連接的吸能限壓模塊；所述均壓模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)N個(gè)串聯(lián)連接的所述混合開(kāi)關(guān)子單元間的均壓；所述吸能限壓模塊用于吸收故障電流被切斷后電力系統(tǒng)中感性元件存儲(chǔ)的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述機(jī)械開(kāi)關(guān)和所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊的限壓保護(hù)；所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊用于在外部故障電流控制信號(hào)的控制下分?jǐn)?，使得快速切斷故障電流；所述限壓模塊用于當(dāng)所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊兩端電壓超過(guò)動(dòng)作值時(shí)導(dǎo)通電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊的限壓保護(hù)；N為大于等于I的整數(shù)；所述電容緩沖單元用于當(dāng)所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊分?jǐn)嗪螅瑸楣收想娏魈峁Q流緩沖支路；所述機(jī)械開(kāi)關(guān)供能單元用于給所述機(jī)械開(kāi)關(guān)中的操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供電源。
[0010]其中，所述電容緩沖單元包括緩沖電容器組，所述緩沖電容的取值由所述機(jī)械開(kāi)關(guān)的絕緣介質(zhì)恢復(fù)時(shí)間決定，所述緩沖電容的耐壓峰值由故障電流給電容充電的最大電壓值決定。
[0011]其中，所述均壓模塊包括依次串聯(lián)連接的電容CO和電阻RO。
[0012]為保證高壓直流斷路器更好的模塊化，本實(shí)用新型提供了第三種電容緩沖式混合高壓直流斷路器連接形式，包括直流斷路器單元，以及與所述直流斷路器單元的供電端連接的機(jī)械開(kāi)關(guān)供能單元；所述直流斷路器單元包括N個(gè)串聯(lián)連接的直流斷路器子單元，每一個(gè)直流斷路器子單元包括依次串聯(lián)連接的機(jī)械開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)模塊，與所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊并聯(lián)連接的限壓模塊，一端與所述機(jī)械開(kāi)關(guān)輸入端連接且另一端與所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊的輸出端連接的電容緩沖單元，以及與所述電容緩沖單元并聯(lián)連接的吸能限壓模塊；所述電容緩沖單元用于當(dāng)所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊分?jǐn)嗪?，為故障電流提供換流緩沖支路，并實(shí)現(xiàn)對(duì)N個(gè)串聯(lián)連接的所述直流斷路器子單元間的均壓；所述吸能限壓模塊用于吸收故障電流被切斷后電力系統(tǒng)中感性元件存儲(chǔ)的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述機(jī)械開(kāi)關(guān)和所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊的限壓保護(hù)；所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊用于在外部故障電流控制信號(hào)的控制下分?jǐn)啵沟每焖偾袛喙收想娏?；所述限壓模塊用于當(dāng)所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊兩端電壓超過(guò)動(dòng)作值時(shí)導(dǎo)通電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊的限壓保護(hù)；N為大于等于I的整數(shù)；所述機(jī)械開(kāi)關(guān)供能單元用于給所述機(jī)械開(kāi)關(guān)中的操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供電源。
[0013]其中，電容緩沖單元包括緩沖電容器組，所述緩沖電容的取值由所述機(jī)械開(kāi)關(guān)的絕緣介質(zhì)恢復(fù)時(shí)間決定，所述緩沖電容的耐壓峰值由故障電流給電容充電的最大電壓值決定。
[0014]其中，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，所述機(jī)械開(kāi)關(guān)先分?jǐn)嗖l(fā)生燃弧，在機(jī)械開(kāi)關(guān)觸頭分離到達(dá)一個(gè)可以承受電容電壓的距離時(shí)，再分?jǐn)嗨鲭娏﹄娮娱_(kāi)關(guān)模塊。
[0015]其中，所述吸能限壓模塊由第一避雷器MOVl構(gòu)成，所述限壓模塊由第二避雷器M0V2構(gòu)成。
[0016]其中，所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊包括至少一個(gè)電力電子器件，可以是IGBT、IGCT,GTO、GTR等全控器件，也可以是晶閘管等半控型器件與全控器件的組合，電力電子器件串并聯(lián)數(shù)量由所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊的耐壓通流等級(jí)決定。
[0017]其中，所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊中的電力電子器件可以是單向串并聯(lián)構(gòu)成，使得直流斷路器只能單向電流運(yùn)行，也可以是雙向串并聯(lián)構(gòu)成，使得直流斷路器能夠在不同電流方向下運(yùn)行，利用所述電力電子器件的電流開(kāi)斷能力將故障電流從所述機(jī)械開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)移到所述電容緩沖單元。
[0018]其中，電容緩沖單元用于當(dāng)所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊分?jǐn)嗪?，為故障電流提供換流緩沖支路，有效降低依次串聯(lián)的所述機(jī)械開(kāi)關(guān)和所述電力電子開(kāi)關(guān)模塊兩端電壓上升率，為所述機(jī)械開(kāi)關(guān)提供充分的絕緣介質(zhì)恢復(fù)時(shí)間。所述電容緩沖單元中的電容取值由所述機(jī)械開(kāi)關(guān)的絕緣介質(zhì)恢復(fù)時(shí)間決定，電容耐壓峰值由故障電流給電容充電的最大電壓值決定。
[0019]其中，所述機(jī)械開(kāi)關(guān)供能單元包括m個(gè)絕緣變壓器單元，每一個(gè)絕緣變壓器單元包括分段串接的鐵芯T，纏繞在所述鐵芯上的一個(gè)原邊繞組以及多個(gè)相互絕緣的副邊繞組；所述原邊繞組連接于由市電逆變的高頻電能端，所述多個(gè)副邊繞組分別與各個(gè)所述機(jī)械開(kāi)關(guān)中的操動(dòng)機(jī)構(gòu)供電端連接，m為大于等于I的整數(shù)。
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