本發(fā)明涉及一種直流斷路器及試驗(yàn)方法，尤其是一種高壓直流斷路器及試驗(yàn)方法，屬于電力技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，由于化石能源枯竭和開采難度增大，同時(shí)造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。近年來，太陽能發(fā)電，燃料電池，風(fēng)力發(fā)電等新能源得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，于此同時(shí)，出現(xiàn)了電動汽車、變頻設(shè)備、LED 照明燈、信息設(shè)備等大量直流負(fù)荷。而直流微網(wǎng)，作為分布式電源與直流負(fù)荷更高效率的接入形式，具有線路損耗低、傳輸容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、電能質(zhì)量高、以及不存在系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性問題等優(yōu)點(diǎn)，成為目前電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。而直流斷路器是直流微網(wǎng)系統(tǒng)的重要設(shè)備，起著故障跳閘和保護(hù)系統(tǒng)中電力設(shè)備的關(guān)鍵作用，目前缺乏實(shí)用的直流斷路器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：針對目前發(fā)展直流微網(wǎng)的電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢，提供一種直流斷路器方案，該直流斷路器包括限流電路和與之串聯(lián)的四條并聯(lián)支路。限流電路由限流電感構(gòu)成；四條并聯(lián)支路中第一支路為機(jī)械開關(guān)，該機(jī)械開關(guān)用來導(dǎo)通正常負(fù)載電流；第二支路為固態(tài)開關(guān)，用來關(guān)斷雙向故障電流；第三支路為緩沖回路，由電阻、電容串聯(lián)構(gòu)成；第四支路為吸收回路，由氧化鋅避雷器構(gòu)成，用來緩沖和吸收開斷時(shí)線路電感能量，降低固態(tài)開關(guān)電壓上升率和保護(hù)固態(tài)開關(guān)器件不受過壓威脅。該直流斷路器能實(shí)現(xiàn)雙向快速關(guān)斷。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種高壓直流斷路器，包括第一限流電抗器、第二限流電抗器和電氣支路，所述的第一限流電抗器、電氣支路和第二限流電抗器依次組成串聯(lián)線路。

所述的電氣支路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路，所述的第一支路、第二支路、第三支路和第四支路為并聯(lián)。

所述的第一支路由快速隔離開關(guān)和輔助開關(guān)串聯(lián)。

所述的第二支路包括由至少一個(gè)IGBT模塊串聯(lián)組成；每個(gè)IGBT模塊由兩個(gè)IGBT反向串聯(lián)，并在每個(gè)IGBT上反向并聯(lián)二極管。

所述的第三支路由電阻和電容串聯(lián)組成。

所述的第四支路為氧化鋅避雷器構(gòu)成的能量吸收回路。

所述的輔助開關(guān)由兩個(gè)IGBT反向串聯(lián)，并在每個(gè)IGBT上反向并聯(lián)二極管。

試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

第一步、合閘操作：先觸發(fā)第二支路的固態(tài)開關(guān)T使其導(dǎo)通，緊接著閉合第一支路的快速隔離開關(guān)K，再導(dǎo)通輔助開關(guān)T0,使其在零電壓下導(dǎo)通,確認(rèn)第一支路導(dǎo)通后關(guān)斷第二支路的固態(tài)開關(guān)使其退出運(yùn)行。

第二步：分閘操作：在收到分閘命令或是檢測到短路電流超過動作設(shè)定值時(shí)，立即發(fā)出觸通第二支路固態(tài)開關(guān)和關(guān)斷第一支路輔助開關(guān)信號，第一支路輔助開關(guān)關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的過電壓迫使電流向第二支路固態(tài)開關(guān)中轉(zhuǎn)移，當(dāng)電流完全轉(zhuǎn)移至第二支路固態(tài)開關(guān)后，無弧斷開第一支路快速隔離開關(guān)；隨后向第二支路固態(tài)開關(guān)T發(fā)出關(guān)斷信號，其所有IGBT閥組均快速關(guān)斷。

由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中IGBT模塊由兩個(gè)電力電子元件 IGBT反向串聯(lián)，并在每個(gè)IGBT上反向并聯(lián)二極管，能實(shí)現(xiàn)電流雙向快速關(guān)斷。第一支路和第二支路并聯(lián)，正常的時(shí)候由第一支路流過負(fù)荷電流，在開關(guān)需要開通或關(guān)斷的時(shí)候，利用第二支路在第一支路斷開和閉合過程中分流、鉗壓作用，實(shí)現(xiàn)第一支路迅速斷開和閉合，可實(shí)現(xiàn)雙向快速關(guān)斷，且損耗低。緩沖吸收回路用于緩沖吸收開斷時(shí)線路電感能量、降低固態(tài)開關(guān)電壓上升率和保護(hù)固態(tài)開關(guān)器件不受過壓威脅。限流電抗的功能是降低直流短路電流上升率，從而降低對機(jī)械開關(guān)速動性的要求。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明運(yùn)用在直流微網(wǎng)中的示意圖；

附圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)識為：1、第一限流電抗器，2、第二限流電抗器，3、快速隔離開關(guān)，4、輔助開關(guān)，5、IGBT，6、二極管，7、固態(tài)開關(guān)，8、IGBT，9、二極管，10、電阻，11、電容，12、氧化鋅避雷器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不作為對本發(fā)明的任何限制。

如附圖1所示，本發(fā)明 的實(shí)施例：一種高壓直流斷路器，由第一限流電抗器1、第二限流電抗器2、快速隔離開關(guān)3、輔助開關(guān)4、IGBT 5、8、二極管6、9、固態(tài)開關(guān)7、電阻10、電容11、氧化鋅避雷器12組成，所述的第一限流電抗器（1）、電氣支路和第二限流電抗器（2）依次組成串聯(lián)線路。

所述的電氣支路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路，所述的第一支路、第二支路、第三支路和第四支路為并聯(lián)。

所述的第一支路由快速隔離開關(guān)3和輔助開關(guān)4串聯(lián)。

所述的第二支路由至少一個(gè)固態(tài)開關(guān)7串聯(lián)組成；每個(gè)固態(tài)開關(guān)7由兩個(gè)IGBT 8反向串聯(lián)，并在每個(gè)IGBT 8上反向并聯(lián)二極管9。

所述的第三支路由電阻10和電容11串聯(lián)組成。

所述的第四支路為氧化鋅避雷器12構(gòu)成的能量吸收回路。

所述的輔助開關(guān)4由兩個(gè)IGBT 5反向串聯(lián)，并在每個(gè)IGBT 5上反向并聯(lián)二極管6。

本發(fā)明的一種高壓直流斷路器，由四條并聯(lián)支路兩端串聯(lián)兩個(gè)限流電抗器組成，這四條并聯(lián)支路第一支路為主支路，由快速隔離開關(guān)K和輔助快關(guān)T0串聯(lián)組成，用來導(dǎo)通正常負(fù)載電流；第二支路為轉(zhuǎn)移支路，由固態(tài)開關(guān)組成，該固態(tài)開關(guān)由若干個(gè)IGBT模塊串聯(lián)組成，每個(gè)IGBT模塊由兩個(gè)IGBT反向串聯(lián)，并在每個(gè)IGBT上反向并聯(lián)二極管，IGBT模塊個(gè)數(shù)根據(jù)所使用直流電壓等級確定，該支路用來開通正常運(yùn)行電流和關(guān)斷雙向故障電流；第三支路是由電阻和電容串聯(lián)組成的緩沖回路，用來緩沖開斷時(shí)線路電感能量，降低固態(tài)開關(guān)電壓上升率；第四支路為由氧化鋅避雷器構(gòu)成的能量吸收回路，用來吸收開斷時(shí)線路電感能量，保護(hù)固態(tài)開關(guān)器件不受過電壓威脅。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)雙向快速關(guān)斷，且結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，實(shí)用性強(qiáng)。

風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、蓄電池、交、直流負(fù)荷等經(jīng)過換流器變?yōu)榈蛪旱燃壍闹绷麟妷?，通過直流斷路器連接到低壓直流母線上，某些直流負(fù)荷可以直接連接到低壓直流母線上。低壓直流母線電壓經(jīng)過直流變壓器升壓，通過直流斷路器連接到中壓直流母線上。同時(shí)，燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)、中壓交、直流負(fù)荷等經(jīng)過換流器變?yōu)橹袎旱燃壍闹绷麟妷?，通過直流斷路器連接到中壓直流母線上。中壓直流母線再經(jīng)過DC/AC換流器，通過交流斷路器連接到交流系統(tǒng)。

其中所述的直流斷路器結(jié)構(gòu)如附圖2所示，第一限流電抗器1、第二限流電抗器2為限流電抗器，電抗器在直流系統(tǒng)中并不體現(xiàn)其電抗特性，因此電抗的接入對直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行無影響，而故障時(shí)可起到明顯的限流作用，可降低直流短路電流上升率，從而降低對機(jī)械開關(guān)速動性的要求，第一限流電抗器1、第二限流電抗器2位于固態(tài)開關(guān)的兩端可限制雙向故障電流。與兩個(gè)限流電抗器串聯(lián)的是四條并聯(lián)支路，第一支路為主支路，由快速隔離開關(guān)K和輔助開關(guān)T0串聯(lián)組成，用來導(dǎo)通正常負(fù)載電流；第二支路為轉(zhuǎn)移支路，由固態(tài)開關(guān)T組成，該固態(tài)開關(guān)由若干個(gè)IGBT模塊串聯(lián)組成，IGBT模塊個(gè)數(shù)根據(jù)所使用直流電壓等級確定，每個(gè)IGBT模塊由兩個(gè)IGBT反向串聯(lián)，并在每個(gè)IGBT上反向并聯(lián)二極管，該支路用來開通正常運(yùn)行電流和關(guān)斷雙向故障電流；第三支路是由電阻和電容串聯(lián)組成的緩沖回路，用來緩沖開斷時(shí)線路電感能量，降低固態(tài)開關(guān)電壓上升率；第四支路為由氧化鋅避雷器構(gòu)成的能量吸收回路，用來吸收開斷時(shí)線路電感能量，保護(hù)固態(tài)開關(guān)器件不受過電壓威脅。

按照本發(fā)明的技術(shù)方案，將所需的設(shè)備及元器件進(jìn)行連接，即可進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)按照下述方法進(jìn)行試驗(yàn)：

合閘操作：先觸發(fā)第二支路的固態(tài)開關(guān)T使其導(dǎo)通，緊接著閉合第一支路的快速隔離開關(guān)K，再導(dǎo)通輔助開關(guān)T0,使其在零電壓下導(dǎo)通,確認(rèn)第一支路導(dǎo)通后關(guān)斷第二支路的固態(tài)開關(guān)使其退出運(yùn)行。第二支路的固態(tài)開關(guān)T閉合后在限流電感的作用下，直流電流逐漸從零上升到穩(wěn)態(tài)值，亦即限流電感在合閘初期階段具有抑制直流電流上升率的作用，相當(dāng)于對合閘過程起到了緩沖作用。合閘過程結(jié)束后，直流電源經(jīng)第一支路的向負(fù)載供電，限流電感只對直流紋波具有平抑作用，因此裝置通態(tài)壓降與損耗均很小。

分閘操作：包括正常分閘與短路分閘，兩者操作過程基本相同，區(qū)別只是前者分?jǐn)嗾９ぷ麟娏鳎笳叻謹(jǐn)喽搪冯娏?，限流電抗均起到抑制初期短路電流上升率的作用。在收到分閘命令或是檢測到短路電流超過動作設(shè)定值時(shí)，立即發(fā)出觸通第二支路固態(tài)開關(guān)和關(guān)斷第一支路輔助開關(guān)信號。第一支路輔助開關(guān)關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的過電壓迫使電流向第二支路固態(tài)開關(guān)中轉(zhuǎn)移，當(dāng)電流完全轉(zhuǎn)移至第二支路固態(tài)開關(guān)后，無弧斷開第一支路快速隔離開關(guān)；隨后向第二支路固態(tài)開關(guān)T發(fā)出關(guān)斷信號，其所有IGBT閥組均快速關(guān)斷，此期間電阻、電容和避雷器緩沖吸收回路自動投入工作，能夠有效減緩開斷電壓上升速度，以確保閥組所承擔(dān)的開斷電壓在其安全工作區(qū)范圍內(nèi)。