一种高压直流断路器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高压直流断路器。
【背景技术】
[0002]高压直流断路器是HVDC (高压直流输电)系统中的一种非常重要的器件。当电源系统发生故障或者需要维护时，高压直流断路器被用于改变供电结构，以保持整个系统在正常状态下运行。
[0003]在传统的交流输电领域中，每个周期存在2个零电流点，选择零电流点进行分断即可方便地实现灭弧。然而，高压直流输电系统中，电流是恒定的且没有零电流点可被利用。如果直接分断，将导致电弧难以消灭，进而导致断路器损坏。所以高压直流输电技术中，需要找到合适的方案来实现直流电流的分断。
[0004]目前，已存在多种高压直流断路器的设计方案，它们大都聚焦于获得电流零点以进行分断。其中一种方法是基于自激振荡的电流叠加获得电流零点，进而实现电流分断。图1示出了该方案的电路示意图。其中，I是需要分断的直流电流，Ki是主开关(该主开关可以是AC断路器)，在正常运行状态下，主开关Kl保持闭合且全部直流电流从主开关Kl通过。当直流电流I需要分断时，先断开主开关K1。在断开主开关Kl的过程中，由于负阻抗特性和不稳定的电弧，电容Cl和电感LI之间会产生自激振荡，并且这种振荡会逐渐增大。这种振荡电流叠加于直流电流I，使得通过主开关Kl的电流在直流电流I的基础上上下振荡且振幅不断增大，直至获得瞬时电流值为零的点，当通过主开关Kl的瞬时电流降至零时，电弧被消灭，此时主开关Kl被完全地分断。另一方面，此时仍然有大量的能量存储在线路电感中，该能量会造成电容Cl的电压上升，当容Cl的电压超过能量耗散元件MOVl的阈值时，能量耗散元件MOVl开始工作，耗散此处多余的能量。最终主电流变为0，分断过程结束。这种设计方案的优点是电路简单且易于控制。然而它也存在电路的自己振荡高度依赖断路器和LC参数的设置，导致对元件的精度要求极高。并且该方案的电流分断能力有限，最高电流分断能力一般在4kA以下。
[0005]另一种方法是用外部激励产生振荡形成电流叠加获得电流零点，进而实现电流分断。不同于前一方案，该方案中的振荡电容器使用外部电源预充电。图2示出了该方案的电路示意图。在分断主电路前，开关K4闭合，电容C2受控地充电至合适的电压。然后将开关K4断开。再将主开关K2断开，同时将开关K3导通，受电容C2电压的激励，电容C2和电感L2之间产生振荡，振荡电流被叠加到直流电流I上。随着叠加电流的振幅的增大，叠加电流的瞬时值将穿过零点，这样电弧将被消灭，主开关K2被完全分断。在此之后，存储在线路电感的剩余能量将被转移至电容C2，直至电容C2的电压高于能量耗散元件M0V2的阈值。此后，当能量耗散元件M0V2开始工作耗散剩余能量。剩余能量耗散后，开关K3断开，开关K4闭合。电容C2通过电容充放电装置放电。这样，整个电流分断过程结束。该方案的优势是分断速度快且电流分断能力强。然而它需要增加额外的充放电装置，考虑隔离、耐压等问题，额外的充放电装置将显著增加系统复杂性及器件数量，降低导致系统可靠性降低。
[0006]第三种方案是基于串联的高压有源电子组件实现直流分断，图3示出了该方案的电路示意图。在该方案中，K5是主开关(主开关可以是AC断路器)，K6是辅助有源电子开关。有源电子开关组K7由多个有源电子开关串联构成，其中每个有源电子开关各自并联能量耗散元件。在正常运行状态，全部电流流过主开关K5和辅助有源电子开关K6，同时有源电子开关组K7保持断开。当需要分断电流时，辅助有源电子开关K6断开且有源电子开关组K7导通。电流将转移至有源电子开关组K7支路，当流过主开关K5的电流接近O时，将主开关K5断开，此时K5处不会产生电弧。此后，控制有源电子开关组K7断开。这个过程中，能量存储在线路电感中(通常在直流断路器装置的前端总会存在线路感抗，这种线路感抗可以等效成电感)，使得施加在有源电子开关组K7两端的电压快速增加，当K7中各有源电子开关两端的电压高于所对应的并联能量耗散元件的阈值电压时，能量耗散元件工作并耗散多余能量直至电流降至O。此时整个分断过程结束。该方案的主要优势是分断速度快，然而多个有源电子开关的精确同步控制实现困难，并且该方案需要将存在导通压降的辅助有源电子开关K6设置在主线路中，这会导致持续的能量消耗，造成电能浪费。
【发明内容】
[0007]本发明旨在提供一种电流分断能力强且控制简单、可靠性高的高压直流电流分断解决方案。
[0008]本发明的一个方案中，提供了一种直流断路器，包括设置有第二断路器K9的第一线路、第二线路、电容Cl、用于防止电容Cl过载的能量耗散元件，将电容Cl与第一线路连接并且将电容Cl与第二线路连接的连接电路，以及连接所述第一线路和所述第二线路的第一馈电线路；所述连接电路包括电子开关，并且控制所述电子开关能够使所述连接电路在充电状态和放电状态间切换，所述充电状态下，所述连接电路能够将电容Cl的第一电极与所述第一线路连通，且将电容Cl的第二电极与所述第二线路连通，所述放电状态下，所述连接电路能够将电容Cl的第二电极与所述第一线路连通，将电容Cl的第一电极与所述第二线路连通，所述连接电路从所述第二断路器K9的前端接入所述第一线路，所述第一馈电线路从所述第二断路器K9的后端接入所述第一线路，并且所述第一馈电线路从所述第二线路至所述第一线路单向导电。正常的输电状态下，主电流从断路器的前端流向后端，根据主电流的方向，即可判断断路器的前端和后端的位置，下文中还将多次使用断路器的前端和后端这两个概念，其含义与此处相同，不再赘述。该方案不需要增加额外的为电容Cl充电的电源，即可提供较强的电流分断能力，这样简化了额外电源所需考虑的隔离、耐压等问题，有利于减少器件数量，同时，由于该方案不需要将主电流瞬间从主线路转移到分支线路，所以不需要对多个电子开关进行高精度的同步控制。这样，该方案能够从上述两个方面提高电流分断的可靠性。
[0009]本发明的一个方案中，提供了一种直流断路器，包括第一线路、第二线路、电容Cl以及用于防止电容Cl过载的能量耗散元件，所述第一线路上设置有第二断路器K9，所述电容Cl的第一、第二电极分别通过第一电子元件、第二电子元件连接至第一桥接点，所述第一桥接点从所述第二断路器K9的前端的第一接入点接入所述第一线路；所述电容Cl的第一、第二电极还分别通过第三电子元件和第四电子元件连接至第二桥接点，所述第二桥接点接入所述第二线路；所述直流断路器还包括连接所述第一线路和所述第二线路，并且从所述第二线路至所述第一线路单向导电的第一馈电线路，并且该第一馈电线路从所述第二断路器K9的后端接入所述第一线路；
[0010]所述第一电子元件和所述第四电子元件为单向导电元件(包括在一定状态下具有单向导电特性的元件)，所述第一电子元件用于使所述第一桥接点至所述电容Cl的第一电极的方向单向导电，所述第四电子元件用于使所述电容Cl的第二电极至所述第二桥接点的方向单向导电；
[0011 ] 所述第二电子元件和所述第三电子元件为电子开关，所述第二电子元件用于在相应控制信号为断开时阻止电流从所述第一桥接点流至所述电容Cl的第二电极，在相应控制信号为导通时允许电流从所述第一桥接点流至所述电容Cl的第二电极；所述第三电子元件用于在相应控制信号为断开时阻止电流从所述电容Cl的第一电极流至所述第二桥接点，在相应控制信号为导通时允许电流从所述电容Cl的第一电极流至所述第二桥接点。该方案的连接电路的结构简单，不需要增加额外的为电容CI充电的电源，即可提供较强的电流分断能力，这样简化了额外电源所需考虑的隔离、耐压等问题，有利于减少器件数量，同时，由于该方案不需要将主电流瞬间从主线路转移到分支线路，所以不需要对多个电子开关进行闻精度的同步控制。这样，该方案能够从上述两个方面提闻电流分断的可罪性。
[0012]在本发明的一个方案中，所述直流断路器还包括设置有第四断路器的第三线路，所述电容Cl的第一、第二电极还分别通过第五电子元件、第六电子元件连接至第三桥接点，所述第三桥接点从所述第四断路器Kll后端的第三接入点接入所述第三线路；所述直流断路器还包括连接所述第二线路和所述第三线路、并且从所述第三线路至所述第二线路单向导电的第三馈电线路，并且该第三馈电线路从所述第四断路器Kl I的前端接入所述第二线路;
[0013]所述第六电子元件为单向导电元件或者在一定状态下具有单向导电特性的元件，所述第六电子元件用于使所述电容Cl的第二电极至所述第三桥接点的方向单向导电；
[0014]所述第五电子元件为电子开关，所述第五电子元件用于在相应控制信号为断开时阻止电流从所述电容Cl的第一电极流至所述第三桥接点，在相应控制信号为导通时允许电流从所述电容Cl的第一