一种基于人工过零的直流断路器有源回路的布局结构的制作方法

本实用新型涉及高压直流开关制造与设计领域，具体为一种基于人工过零的直流断路器有源回路的布局结构。

背景技术：

高压直流技术是一种提高输电容量、降低能耗的先进电力输送方式。目前，传统的两端直流输电系统正逐步向多端直流输电系统发展。其中，直流开断技术为目前制约多端直流输电技术发展的瓶颈，研发具有自主知识产权的直流断路器对于我国直流技术发展具有重要意义。

直流断路器按照开断灭弧主要元件不同分为机械式直流断路器、电力电子式直流断路器及混合式直流断路器三种；按照断路器内部元件是否需要外部独立电源供能分为有源型直流断路器及无源型直流断路器。

基于人工过零的直流开断技术的基本原理为在主断路器两端增加辅助回路，进行直流开断时，通过辅助回路产生高频振荡电流叠加于主电流上形成人工过零点，继而完成类似于交流开断式的电流开断，最终完成直流电流的开断。

目前，基于人工过零的直流开断技术的直流断路器辅助回路有多种设计方案，但仅为电路原理设计，工程样机布局结构设计尚未见相关报道。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于人工过零的直流断路器有源回路的布局结构，结构简单，布局合理，设计巧妙，能够满足使用时绝缘要求和安装要求。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种基于人工过零的直流断路器有源回路的布局结构，包括换流模块、吸能模块和绝缘平台；换流模块与吸能模块分别与直流断路器通过电气连接线，且以电气并联方式连接于直流断路器开断装置的进线端及出线端；换流模块与吸能模块分别固定安装于相互独立的绝缘平台之上。

优选的，换流模块包括依次电气串联的换流开关、换流电抗和换流电容，以及串联换流电容与外部电源供电回路的隔离开关；换流开关、换流电抗和换流电容设置在同一绝缘平台上。

进一步，换流开关采用高压空气球隙或者真空触发间隙；隔离开关采用气动或电动操作的隔离开关。

进一步，换流电容采用复合绝缘式电容器或瓷柱绝缘式电容器，换流电容上设置有放电电阻，换流电容上端与下端分别为进线及出线端。

进一步，当换流模块中包括多个换流电抗或换流电容时，采用多个绝缘平台分别对应安装多个换流电抗或换流电容。

优选的，吸能模块包括一个或多个避雷器；多个避雷器能够以电气并联连接方式固定于同一绝缘平台上，或者固定于多个绝缘平台上。

优选的，绝缘平台包括从下到上依次固定连接的固定底架、第一支柱绝缘子和安装底架；对应换流模块的安装底架上分别设置有第二支柱绝缘子和第三支柱绝缘子；

第二支柱绝缘子用于安装换流电抗和/或隔离开关，第三支柱绝缘子用于安装换流开关。

进一步，两相邻第一支柱绝缘子之间设置有斜拉杆。

进一步，第一支柱绝缘子满足直流系统对爬电距离和干弧距离要求；第二支柱绝缘子依据换流电容的耐受电压数据进行配置；第三支柱绝缘子依据换流电抗及换流电容所耐受电压数据之和进行配置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型一种基于人工过零的直流断路器有源回路的布局结构，采用模块化设计思路及产品布置方式，各模块安全独立并可以进行单独设计，能够优化直流断路器装置占地并方便工程安装及检修，从而解决基于人工过零的直流断路器应用于工程设计时的电气绝缘水平以及产品系列化设计的相关问题，为高电压等级采用人工过零技术的大容量直流断路器工程化设计建立基础。

进一步的，换流电容采用复合绝缘外套形式，换流电容的上端及下端分别为换流电容的两个出线端，简化了换流电容进行电气并联连接时的接线，并且由于安装底架电位与换流电容器出线电位相同，安装隔离开关及换流电抗的第二支撑绝缘子在设计绝缘参数时仅考虑换流电容两端所承受电压即可，降低相应支撑绝缘子的绝缘设计要求。

进一步的，本结构采用固定底架加斜拉杆的结构稳定方案，增加了有源回路整体稳定性，具有良好的抗震性能；同时提供统一的对地绝缘，解决高电压等级直流断路器耐受雷电冲击电压、操作过电压以及正常直流电压的电气绝缘水平问题，更好地实现了与直流断路器中开断装置的电气联接。

附图说明

图1为本实用新型所述布局结构的电气原理图。

图2为本实用新型所述布局结构的模块化结构框图。

图3a为本实用新型所述布局结构的工程示意立体图。

图3b为本实用新型所述布局结构的工程示意左视图。

图3c为本实用新型所述布局结构的工程示意主视图。

图中：1为固定底架；2为第一支柱绝缘子；3为安装底架；4为避雷器；5为第二支柱绝缘子；6为换流开关；7为换流电抗；8为换流电容；9为第三支柱绝缘子；10为斜拉杆。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型一种基于人工过零的直流断路器有源回路的布局结构，采用模块化设计及布置方式，包括换流模块、吸能模块及绝缘平台；有源回路的换流模块与吸能模块分别与主断路器通过电气连接线以电气并联方式连接于断路器的进线及出线端，其中换流模块与吸能模块分别安装于独立的绝缘平台上，换流模块及吸能模块可根据工程实际需求按照绝缘配合要求进行工程布置，实现占地空间的优化配置。

按照工程要求，对换流模块、吸能模块分别计算各自所需换流开关6、换流电抗7、换流电容8及吸能避雷器4的技术参数，绝缘平台根据换流模块及吸能模块的计算值并结合系统运行电压进行相应计算并确定相对应平台的参数。

所述基于人工过零的直流断路器有源回路中，换流模块包括依次通过电气连接线实现电气串联的换流开关6、换流电抗7和换流电容8；换流电容8两端连接串联的外部电源和隔离开关；换流开关6、换流电抗7、换流电容8及隔离开关均放置于绝缘平台之上，并按照绝缘配合要求进行布局设置。隔离开关在需要时可设置于绝缘平台之外。

吸能模块包括避雷器4，避雷器4设置在对应的绝缘平台上，单个或多个通过电气连接线以电气并联连接方式固定在同一绝缘平台上。

绝缘平台包括从下到上依次设置固定底架1、第一支柱绝缘子2和安装底架3；避雷器4固定设置在安装底架3上。

换流开关6通过第三支柱绝缘子9固定在安装底架3上，对应设置第二支柱绝缘子5的换流电抗7和隔离开关固定在安装底架3上，换流电容8固定在安装底架3上。两相邻第一支柱绝缘子2通过斜拉杆10连接。

其中，第一支柱绝缘子2满足直流系统对爬电距离和干弧距离要求，第二支柱绝缘子5依据工程计算中换流电容8耐受电压数据进行配置，第三支柱绝缘子9设计参数依据工程计算中换流电抗7及换流电容8所耐受电压数据之和进行配置。

换流开关6可选择高压空气球隙或者真空触发间隙等多种可快速导通的高压换流开关。

换流电容8可采用复合绝缘式或瓷柱绝缘式等类型电容器，电容器带有放电电阻，放电电阻设计参数由工程技术规范要求进行配置，换流电容8上端与下端分别为进线及出线端。隔离开关可采用气动或电动操作隔离开关。

由于避雷器4电压等级差异造成对应绝缘平台尺寸差异较大，当避雷器4尺寸较小时，可根据绝缘平台抗震性能仿真计算结果确定其对应的斜拉杆10是否进行安装。

所述吸能模块在工程设计时可能存在避雷器4数量较多，考虑绝缘平台的经济性及安装场地限制，可根据工程造价及安装场地需要，采用多个绝缘平台安装吸能模块，组合形成吸能模块；同时，当工程设计换流回路换流电抗7或换流电容8数量较多时，可采用多个绝缘平台安装换流模块元件，组合形成换流模块。

具体的，如图1所示，有源回路中换流开关S1、换流电抗L及换流电容C经串联后与避雷器MOV进行并联连接，并联连接后的出线端与直流断路器开断装置进行并联。换流电容C通过隔离开关S2与作为充电模块的外部电源相连接进行充电。当开断装置开断时，断路器操作系统发信号作用于换流开关S1并使换流开关S1导通，投入反向电流，换流电容C开始放电，换流过程开始，开断装置中流过的电流逐渐减小，电流逐渐转移至换流支路，这是第一个换流过程。第一个换流过程结束后，电流完全转移至换流支路。

随着换流电容C继续放电，电容电压不断减小至零后继续正向增加，开断装置两端电压跟随换流电容C电压增加，当增加到避雷器MOV动作电压时，并联在开断装置两端的避雷器MOV动作，电流开始逐渐向避雷器MOV转移，直至电流完全转移至避雷器MOV，这是第二个换流过程。

第二个换流过程结束后，电流完全转移至避雷器MOV，避雷器MOV不断吸收能量，避雷器MOV电流逐渐减小至零，当避雷器MOV电流减小到零时，整个系统被关断，完成整个开断过程。

如图2所示，本实用新型包括换流模块、吸能模块和绝缘平台；其中：换流模块与吸能模块通过电气并联连接后与开断装置以电气并联方式进行连接；换流模块和吸能模块通过机械连接方式与绝缘平台相连，继而保证整个有源回路的绝缘水平。换流模块与吸能模块分别安装在独立的绝缘平台支架上，便于工程实际安装时进行调整。

如图3a、图3b和图3c所示，其中，换流模块和吸能模块分别安装在独立的两个绝缘平台上。安装底架3通过第一支柱绝缘子2设置于固定底架1上，固定底架1、第一支柱绝缘子2、安装底架3顺序连接，组成具有对地绝缘耐受能力的安装平台，其中两相邻支撑立柱通过斜拉杆10连接，第一支柱绝缘子2满足直流输电对爬电距离和干弧距离的要求；此技术方案可以在保证有源回路绝缘平台抗震性能的同时确保高电压等级、直流断路器有源回路换流模块及吸能模块的对地绝缘距离和绝缘耐受水平。

所述换流电抗7及隔离开关分别固定于对应的第二支柱绝缘子5上，第二支柱绝缘子5安装于安装底架3上，第二支柱绝缘子5依据工程计算中换流电容8耐受电压数据进行配置；换流开关6固定于第三支柱绝缘子9上，第三支柱绝缘子9安装于安装底架3上，第三支柱绝缘子9设计参数依据工程计算中换流电抗7及换流电容8所耐受电压数据之和进行配置。

所述换流开关6、换流电抗7及换流电容8(三者均设置于换流模块)通过电气连接线实现电气串联连接，并与避雷器4(设置于吸能模块)通过电气连接线实现电气并联连接，换流模块及吸能模块经电气并联连接的出线端与基于人工过零的直流断路器开断装置进行电气并联连接，用于提供直流断路器开断时所需要的高频振荡电流。