复合耗能式直流断路器

本发明涉及直流输电，具体而言，涉及一种复合耗能式直流断路器。

背景技术：

1、直流输电以输电效率高、输送能量大、无稳定性问题、调节快速可靠、节省输电走廊等优势成为输电技术的重要发展方向，但由于短路电流上升速率快且无自然过零点，高压直流断路器的研究成为直流电网输电发展的一个关键问题。高压直流断路器的直流开断过程需要通过电流转移和过零、电压建立和耐受、电能耗散多个物理过程来完成对故障和负荷的切除，然而现有的高压直流断路器的耗能支路通常采用的是金属氧化物压敏电阻，存在能量耗散时间长，能量耗散功率密度低的问题，因此导致故障和负荷的切除时间增加，容易引起安全隐患。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合耗能式直流断路器，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

2、本申请提供了一种直流断路器，包括：

3、主通流支路，所述主通流支路包括高速机械开关；

4、电流转移支路，所述电流转移支路包括磁耦合副边线圈、磁耦合原边线圈和预充电桥式电流电路，磁耦合副边线圈与磁耦合原边线圈电感连接，所述磁耦合原边线圈与所述预充电桥式电流电路并联；

5、能量吸收支路，包括电力电子支路和复合式耗能支路，所述电力电子支路与所述复合式耗能支路并联，所述复合式耗能支路包括金属氧化物压敏电阻和液态金属耗能装置，所述金属氧化物压敏电阻与所述液态金属耗能装置串联；

6、其中，所述电流转移支路与所述能量吸收支路串联构成串联支路，所述串联支路与所述主通流支路并联。

7、进一步地，所述预充电桥式电流电路包括两组第一桥臂和第一电容，每组所述第一桥臂包括一正一反连接的两个晶闸管，其中一组所述第一桥臂中两个晶闸管之间的连接处与所述第一电容的一端连接，另外一组所述第一桥臂中两个晶闸管之间的连接处与所述第一电容的另一端连接。

8、进一步地，所述电力电子支路包括两组第二桥臂、绝缘栅双极型晶体管、第二电容、泄放电阻和第一二极管，每组所述第二桥臂包括一正一反连接的两个第二二极管，所述第二电容的一端和泄放电阻的一端串联，所述第一二极管两端分别与泄放电阻两端相连，其中一组所述第二桥臂中两个第二二极管之间的连接处分别与绝缘栅双极型晶体管的一端和第二电容的另一端相连，另外一组所述第二桥臂中两个第二二极管之间的连接处分别与绝缘栅双极型晶体管的另一端和泄放电阻的另一端相连。

9、进一步地，所述液态金属耗能装置包括：

10、绝缘外壳，所述绝缘外壳为密封腔体；

11、液态金属，所述液态金属设置于所述密封腔体内；

12、电极，所述电极包括设置于绝缘外壳左右两侧的阳极和阴极，所述电极与所述液态金属接触；

13、耗能单元，包括第一电阻和第二电阻；

14、所述密封腔体内设有至少一个所述第一电阻，所述第一电阻将所述密封腔体左右分隔为至少两个第一分腔，相邻两个所述第一分腔内的液态金属通过所述第一电阻电连接；

15、至少一个所述第一分腔内设有至少一个所述第二电阻，所述第二电阻将所述第一分腔上下分隔为至少两个第二分腔，相邻两个所述第二分腔内的液态金属通过所述第二电阻电连接；

16、通电状态下，在设有所述第二电阻的所述第一分腔内，电流流经所有第二电阻后通过所述第一电阻或阴极流出该第一分腔。

17、进一步地，第一电阻包括第一绝缘段和第一导电段，所述密封腔体内设有至少两个所述第一电阻，相邻两个所述第一电阻上的所述第一导电段呈上下错位设置。

18、进一步地，所述第一绝缘段的一端与所述密封腔体内壁固定连接，第一导电段设置于所述第一绝缘段的另一端与所述密封腔体内壁之间。

19、进一步地，所述第一导电段为金属氧化物压敏电阻。

20、进一步地，所述第二电阻包括第二绝缘段和第二导电段，所述第一分腔内设有至少两个所述第二电阻，相邻两个所述第二电阻上的所述第二导电段呈左右错位设置。

21、进一步地，所述第二绝缘段的一端与所述第二分腔内壁固定连接，所述第二导电段设置于所述第二绝缘段的另一端与所述第二分腔内壁之间。

22、进一步地，所述第二导电段为液态金属。

23、本发明还提供了一种液态金属耗能装置包括：

24、绝缘外壳，所述绝缘外壳为密封腔体；

25、液态金属，所述液态金属设置于所述密封腔体内；

26、电极，所述电极包括设置于绝缘外壳左右两侧的阳极和阴极，所述电极与所述液态金属接触；

27、耗能单元，包括第一电阻和第二电阻；

28、所述密封腔体内设有至少一个所述第一电阻，所述第一电阻将所述密封腔体左右分隔为至少两个第一分腔，相邻两个所述第一分腔内的液态金属通过所述第一电阻电连接；

29、至少一个所述第一分腔内设有至少一个所述第二电阻，所述第二电阻将所述第一分腔上下分隔为至少两个第二分腔，相邻两个所述第二分腔内的液态金属通过所述第二电阻电连接；

30、通电状态下，在设有所述第二电阻的所述第一分腔内，电流流经所有第二电阻后通过所述第一电阻或阴极流出该第一分腔。

31、进一步地，第一电阻包括第一绝缘段和第一导电段，所述密封腔体内设有至少两个所述第一电阻，相邻两个所述第一电阻上的所述第一导电段呈上下错位设置。

32、进一步地，所述第一绝缘段的一端与所述密封腔体内壁固定连接，第一导电段设置于所述第一绝缘段的另一端与所述密封腔体内壁之间。

33、进一步地，所述第一导电段为金属氧化物压敏电阻。

34、进一步地，所述第二电阻包括第二绝缘段和第二导电段，所述第一分腔内设有至少两个所述第二电阻，相邻两个所述第二电阻上的所述第二导电段呈左右错位设置。

35、进一步地，所述第二绝缘段的一端与所述第二分腔内壁固定连接，所述第二导电段设置于所述第二绝缘段的另一端与所述第二分腔内壁之间。

36、进一步地，所述第二电阻在所述第一分腔内倾斜设置，相邻两个所述第二电阻彼此平行设置。

37、本发明的有益效果为：

38、本发明复合耗能式直流断路器通过液态金属耗能装置和压敏电阻实现复合式耗能，由此使得耗能功率密度得到明显提升，在减少断路器端间电压增大量的同时减少金属氧化物压敏电阻的数量，达到直流断路器轻量化的要求；与此同时，本发明结合了机械开关良好的静态特性和电力电子支路优越的动态特性，电流主回路采用纯机械开关承担额定通流，正常工作损耗小，短时耐受能力强，静态工作特性好。

39、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.复合耗能式直流断路器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的复合耗能式直流断路器，其特征在于，所述预充电桥式电流电路（73）包括两组第一桥臂和第一电容，每组所述第一桥臂包括一正一反连接的两个晶闸管，其中一组所述第一桥臂中两个晶闸管之间的连接处与所述第一电容的一端连接，另外一组所述第一桥臂中两个晶闸管之间的连接处与所述第一电容的另一端连接。

3.如权利要求1所述的复合耗能式直流断路器，其特征在于，所述电力电子支路（81）包括两组第二桥臂、绝缘栅双极型晶体管、第二电容、泄放电阻和第一二极管，每组所述第二桥臂包括一正一反连接的两个第二二极管，所述第二电容的一端和泄放电阻的一端串联，所述第一二极管两端分别与泄放电阻两端相连，其中一组所述第二桥臂中两个第二二极管之间的连接处分别与绝缘栅双极型晶体管的一端和第二电容的另一端相连，另外一组所述第二桥臂中两个第二二极管之间的连接处分别与绝缘栅双极型晶体管的另一端和泄放电阻的另一端相连。

4.如权利要求1所述的复合耗能式直流断路器，其特征在于，所述液态金属耗能装置（83）包括：

5.如权利要求4所述的复合耗能式直流断路器，其特征在于，第一电阻（4）包括第一绝缘段（41）和第一导电段（42），所述密封腔体内设有至少两个所述第一电阻（4），相邻两个所述第一电阻（4）上的所述第一导电段（42）呈上下错位设置。

6.如权利要求5所述的复合耗能式直流断路器，其特征在于，所述第一绝缘段（41）的一端与所述密封腔体内壁固定连接，第一导电段（42）设置于所述第一绝缘段（41）的另一端与所述密封腔体内壁之间。

7.如权利要求5所述的复合耗能式直流断路器，其特征在于，所述第一导电段（42）为金属氧化物压敏电阻。

8.如权利要求4或5所述的复合耗能式直流断路器，其特征在于，所述第二电阻（5）包括第二绝缘段（51）和第二导电段（52），所述第一分腔（11）内设有至少两个所述第二电阻（5），相邻两个所述第二电阻（5）上的所述第二导电段（52）呈左右错位设置。

9.如权利要求8所述的复合耗能式直流断路器，其特征在于，所述第二绝缘段（51）的一端与所述第二分腔（12）内壁固定连接，所述第二导电段（52）设置于所述第二绝缘段（51）的另一端与所述第二分腔（12）内壁之间。

10.如权利要求8所述的复合耗能式直流断路器，其特征在于，所述第二导电段（52）为液态金属（2）。

技术总结
本发明提供了复合耗能式直流断路器，涉及直流输电技术领域，包括高速机械开关和电流转移支路，电流转移支路包括磁耦合副边线圈、磁耦合原边线圈和预充电桥式电流电路，磁耦合副边线圈与磁耦合原边线圈电感连接，磁耦合原边线圈与预充电桥式电流电路并联；能量吸收支路包括电力电子支路和复合式耗能支路，电力电子支路与复合式耗能支路并联，复合式耗能支路包括金属氧化物压敏电阻和液态金属耗能装置，金属氧化物压敏电阻与液态金属耗能装置串联；电流转移支路与能量吸收支路串联构成串联支路，串联支路与主通流支路并联。本发明使得耗能功率密度得到明显提升。

技术研发人员：高国强,游炳妍,马亚光,彭伟,向宇,王澳铮,魏文赋,杨泽锋,吴广宁,何海龙
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13