一种基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器的制作方法

本发明属于直流断路器，特别是一种基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器。

背景技术：

1、随着直流电力系统的高速发展和系统容量的不断上升，直流系统的稳定与安全至关重要。短路故障对电路的损害严重，如不能快速的切断短路故障，短路电流的快速爬升将对电力系统造成不可估量的损失。

2、低压直流断路器主要分为机械式直流断路器、固态式直流断路器和混合型固态断路器。传统的机械式直流断路器开断时会产生电弧，长久使用，触头的烧蚀严重，寿命不高，但其优势是通态电阻小。固态式直流断路器具有无飞弧、寿命高、关断速度快的优势，但是收半导体技术的限制，其通态损耗大，电能传输效率低。混合型固态断路器结合了传统的机械式断路器和固态式断路器的优势，既保证了低通态损耗，又保证了高寿命、关断速度快的优势。而现存的基于空气电弧转移电流的混合型固态断路器仍然会有电力电子器件关断应力偏大的问题。

3、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器及方法，关断速度快、降低通态损耗且降低电力电子开关在关断瞬态的功率冲击，显著降低关断应力，提升断路器的寿命和可靠性。

2、本发明采用如下技术方案：

3、基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器由第一接入端、第二接入端、第三接入端、高速机械开关、电力电子开关、自充电支路和放电支路组成，其中，

4、第一接入端，其配置成电流转移式直流断路器的进线端；

5、第二接入端，其配置成电流转移式直流断路器的出线端；

6、第三接入端，其配置成电流转移式直流断路器的接地端；

7、高速机械开关s1，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间；

8、电力电子开关，其连接在所述第一接入端和第二接入端之间且并联所述高速机械开关s1，所述电力电子开关包括，

9、电力电子模块s2，其并联于高速机械开关s1两端，

10、二极管d1，其并联所述电力电子模块s2；

11、自充电支路，其连接在第一接入端和第三接入端之间，自充电支路包括，

12、充电晶闸管t3，其阳极连接第一接入端与高速机械开关s1之间，

13、电容c，其一端连接所述充电晶闸管t3的阴极，

14、限流电阻r1，其连接电容c的另一端以及第三接入端；

15、放电支路，其连接在第一接入端和第二接入端之间，放电支路包括第一放电晶闸管t1、电容c、放电限流电感l2、第二放电晶闸管t2依次串联，第一放电晶闸管t1连接于第一接入端与高速机械开关之间；

16、耗能支路mov，其连接在第一接入端和第二接入端之间且并联所述电力电子开关。

17、所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器中，电流转移式直流断路器正常通流时，所述高速机械开关s1闭合，电流由高速机械开关承载，同时系统经过充电晶闸管t3和限流电阻r1向电容c充电；当系统发生短路故障时，电力电子开关中电力电子模块s2导通，同时，高速机械开关快速打开并燃弧，在电弧电压的作用下，故障电流快速转移到电力电子模块s2中，电流转移完成之后，导通第一放电晶闸管t1和第二放电晶闸管t2，将反向电流注入到电力电子模块s2中；当电力电子模块s2中电流下降到为零后，实现零电流关断，之后电容c开始反向充电至耗能支路mov导通，耗散电路的残余能量，系统电流减小为零，完成一次开断。

18、所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器中，高速机械开关s1产生的电弧是空气电弧。

19、所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器中，所述高速机械开关s1由电磁斥力机构、保持机构和驱动电路组成。

20、所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器中，所述电力电子模块s2包括mos、igbt或igct及其组合。

21、所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器中，所述耗能支路mov包括金属氧化物避雷器。

22、所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器中，金属氧化物避雷器包括线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器、全绝缘复合外套金属氧化物避雷器及其组合。

23、所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器中，第一接入端和第三接入端之间串联电源、电感ls和电阻rs。

24、所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器中，第二接入端和第三接入端之间连接负载。

25、基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器的开断方法包括以下步骤，

26、第一步骤，电路正常通流，电流通过高速机械开关s1，电力电子开关不导通，

27、第二步骤，电路发生短路故障，高速机械开关s1打开，导通电力电子模块s2，电流完全转移到电力电子模块s2，

28、第三步骤，导通第一放电晶闸管t1和第二放电晶闸管t2，向电力电子模块s2注入反向电流，

29、第四步骤，电力电子模块s2的电流减小为零至反向后，关断电力电子模块s2，电力电子模块s2在零电压和零电流条件下关断。

30、和现有技术相比，本发明具有以下优点：

31、基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器在正常通流时快速机械开关闭合，电流流过快速机械开关。此时，系统电源会对电容器自动充电。系统发生短路故障时，快速机械开关打开，产生电弧，故障电流通过电弧电压快速转移至电力电子开关支路。电流完全转移到电力电子开关支路时，电弧熄灭。此时控制电流注入支路导通，电容器放电向电力电子开关注入反向电流，电流过零后系统电源对电容器反向充电直至达到避雷器的导通电压。避雷器导通后，系统电流完全转移至避雷器，直至耗能结束完成开断过程。电流注入支路可以降低电力电子开关在关断瞬态的功率冲击，显著降低关断应力，提升断路器的寿命和可靠性。

技术特征：

1.一种基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器，其特征在于，其由第一接入端、第二接入端、第三接入端、高速机械开关、电力电子开关、自充电支路和放电支路组成，其中，

2.根据权利要求1所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器，其特征在于，优选的，电流转移式直流断路器正常通流时，高速机械开关s1闭合。

3.根据权利要求1所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器，其特征在于，高速机械开关s1产生的电弧是空气电弧。

4.根据权利要求1所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器，其特征在于，所述高速机械开关s1由电磁斥力机构、保持机构和驱动电路组成。

5.根据权利要求1所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器，其特征在于，所述电力电子开关包括mos、igbt或igct及其组合。

6.根据权利要求1所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器，其特征在于，所述耗能支路mov包括金属氧化物避雷器。

7.根据权利要求6所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器，其特征在于，金属氧化物避雷器包括线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器、全绝缘复合外套金属氧化物避雷器及其组合。

8.根据权利要求1所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器，其特征在于，第一接入端和第三接入端之间串联电源、电感ls和电阻rs。

9.根据权利要求1所述的基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器，其特征在于，第二接入端和第三接入端之间连接负载。

技术总结
一种基于自充电电容换流的电流转移式直流断路器及方法，断路器由第一接入端、第二接入端、第三接入端、高速机械开关、电力电子开关、自充电支路和放电支路组成，电力电子模块S2并联于高速机械开关S1两端，二极管D1并联电力电子模块S2；自充电支路连接在第一接入端和第三接入端之间，放电支路连接在第一接入端和第二接入端之间，放电支路包括第一放电晶闸管T1、电容C、放电限流电感L2、第二放电晶闸管T2依次串联，第一放电晶闸管T1连接于第一接入端与高速机械开关之间；耗能支路MOV连接在第一接入端和第二接入端之间且并联电力电子开关。

技术研发人员：钟建英,吴益飞,赵晓民,吴翊,胡杨,吴鑫
受保护的技术使用者：平高集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29