一種高壓直流斷路器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)故障保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓直流斷路器。
【背景技術(shù)】
[0002]直流斷路器是直流電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵保護(hù)設(shè)備，在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)擔(dān)負(fù)著快速斷開(kāi)電路、實(shí)現(xiàn)故障隔離的重要任務(wù)。傳統(tǒng)的直流開(kāi)斷方式受其自身開(kāi)斷機(jī)制的制約，無(wú)法滿(mǎn)足高壓直流電力系統(tǒng)保護(hù)的需求。新型快速直流開(kāi)斷技術(shù)一直是直流電力系統(tǒng)中研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，目前主要有固態(tài)斷路器和混合斷路器兩種方案。
[0003]采用純半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的直流固態(tài)斷路器如圖1所示，具有能夠無(wú)弧快速分?jǐn)嘀绷麟娏鞯膬?yōu)點(diǎn)，然而其分?jǐn)嗄芰^低，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行損耗過(guò)大。
[0004]結(jié)合快速機(jī)械開(kāi)關(guān)和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)構(gòu)成的混合直流斷路器，兼?zhèn)錂C(jī)械開(kāi)關(guān)良好的靜態(tài)性能和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性，分別有零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)兩種基本類(lèi)型。
[0005]參照?qǐng)D2所示，零電流開(kāi)關(guān)通過(guò)LC強(qiáng)迫換流電路實(shí)現(xiàn)機(jī)械開(kāi)關(guān)S電流過(guò)零分?jǐn)啵瑱C(jī)械開(kāi)關(guān)S電流過(guò)零時(shí)di/dt很高，弧后介質(zhì)難以快速恢復(fù)，導(dǎo)致大電流分?jǐn)嗟目煽啃暂^低。
[0006]參照?qǐng)D3所示，零電壓開(kāi)關(guān)通過(guò)機(jī)械開(kāi)關(guān)S分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生的電弧電壓，實(shí)現(xiàn)電流向全控型半導(dǎo)體器件IGBT的轉(zhuǎn)移，然后通過(guò)IGBT將電流關(guān)斷；在高壓系統(tǒng)中，機(jī)械開(kāi)關(guān)S和IGBT之間回路的雜散電感很大，機(jī)械開(kāi)關(guān)S較低的電弧電壓難以實(shí)現(xiàn)短路電流的快速轉(zhuǎn)移，致使分?jǐn)嗍　Ｒ虼?，電流快速轉(zhuǎn)移技術(shù)和機(jī)械開(kāi)關(guān)弧后介質(zhì)可靠恢復(fù)技術(shù)是阻礙現(xiàn)有混合直流斷路器向高壓大容量系統(tǒng)發(fā)展的根本原因。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種同時(shí)結(jié)合快速機(jī)械開(kāi)關(guān)和大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的高壓直流斷路器。
[0008]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種高壓直流斷路器，包括主電流電路、第一轉(zhuǎn)移電路、第二轉(zhuǎn)移電路、能量吸收電路、磁場(chǎng)發(fā)生電路、系統(tǒng)接線端JI和J2；
[0009]所述的主電流電路、第二轉(zhuǎn)移電路和能量吸收電路并聯(lián)，并聯(lián)電路的第一聯(lián)結(jié)端與所述的系統(tǒng)接線端Jl連接，并聯(lián)電路的第二聯(lián)結(jié)端與所述的系統(tǒng)接線端J2連接；
[0010]所述的主電流電路由真空開(kāi)關(guān)模塊VBl和真空開(kāi)關(guān)模塊VB2串聯(lián)構(gòu)成，所述真空開(kāi)關(guān)模塊VBl和真空開(kāi)關(guān)模塊VB2是至少由一個(gè)真空開(kāi)關(guān)構(gòu)成的串并聯(lián)組件，所述的真空開(kāi)關(guān)是基于電磁斥力原理構(gòu)成的快速真空開(kāi)關(guān)；
[0011]所述的第一轉(zhuǎn)移電路是至少由一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)串并聯(lián)構(gòu)成的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件T，與所述的真空開(kāi)關(guān)模塊VBl并聯(lián)，所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)采用二極管或晶閘管；
[0012]所述的第二轉(zhuǎn)移電路是由預(yù)充電電容C2、電感L2和控制開(kāi)關(guān)S2依次串聯(lián)構(gòu)成的脈沖電流電路，所述的電容C2與電感L2連接的一極為預(yù)充電電壓正極，所述的控制開(kāi)關(guān)S2采用至少由一個(gè)晶閘管或真空觸發(fā)開(kāi)關(guān)串并聯(lián)構(gòu)成的開(kāi)關(guān)組件；
[0013]所述的能量吸收電路是由多個(gè)壓敏電阻單元串并聯(lián)構(gòu)成的壓敏電阻組件MOV;
[0014]所述的磁場(chǎng)發(fā)生電路是由預(yù)充電電容Cl、線圈LI和控制開(kāi)關(guān)SI依次串聯(lián)構(gòu)成的脈沖磁場(chǎng)回路，所述的真空開(kāi)關(guān)模塊VBl和磁場(chǎng)發(fā)生電路之間沒(méi)有電氣連接關(guān)系，所述的線圈LI與所述的真空開(kāi)關(guān)模塊VBl盡量靠近，線圈LI的法向與真空開(kāi)關(guān)模塊VBl中電流方向垂直。
[0015]所述的一種高壓直流斷路器，其磁場(chǎng)發(fā)生電路中的控制開(kāi)關(guān)SI接通時(shí)，所述的電容Cl通過(guò)所述的線圈LI放電，所述的線圈LI產(chǎn)生與所述真空開(kāi)關(guān)模塊VBl中電流方向垂直的橫向磁場(chǎng)B。
[0016]所述的一種高壓直流斷路器，其半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件T采用晶閘管反向并聯(lián)組件Tl或二極管橋式電路與單相晶閘管構(gòu)成的組件T2，所述的第二轉(zhuǎn)移電路采用預(yù)充電電容、電感與晶閘管橋構(gòu)成的橋式轉(zhuǎn)移電路T3，使高壓直流斷路器實(shí)現(xiàn)雙向電流分?jǐn)喙δ堋?br>[0017]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0018]1、系統(tǒng)正常運(yùn)行損耗小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。
[0019]2、分?jǐn)噙^(guò)程電弧電壓高，電流轉(zhuǎn)移速度快。
[0020]3、機(jī)械開(kāi)關(guān)介質(zhì)恢復(fù)迅速，分?jǐn)嗫煽啃愿摺?br>[0021]4、斷路器容易實(shí)現(xiàn)雙向分?jǐn)喙δ堋?br>【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為現(xiàn)有的固態(tài)斷路器方案的示意圖；
[0023]圖2為現(xiàn)有的零電流開(kāi)關(guān)方案的不意圖；
[0024]圖3為現(xiàn)有的零電壓開(kāi)關(guān)方案的不意圖；
[0025]圖4為本實(shí)用新型的高壓混合式直流斷路器方案的示意圖；
[0026]圖5為本實(shí)用新型具體實(shí)施例1中方案的示意圖；
[0027]圖6為本實(shí)用新型具體實(shí)施例1中的預(yù)期分?jǐn)嗖ㄐ危?br>[0028]圖7為本實(shí)用新型具體實(shí)施例2中方案的示意圖；
[0029]圖8為本實(shí)用新型具體實(shí)施例2中的預(yù)期分?jǐn)嗖ㄐ危?br>[0030]圖9為本實(shí)用新型雙向半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件Tl的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖10為本實(shí)用新型雙向半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件T2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖11為本實(shí)用新型雙向橋式轉(zhuǎn)移電路T3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]各附圖標(biāo)記為:I一主電流電路，2—第一轉(zhuǎn)移電路，3—第二轉(zhuǎn)移電路，4一能量吸收電路，5 一磁場(chǎng)發(fā)生電路，Jl 一系統(tǒng)接線端，J2—系統(tǒng)接線端，SI —控制開(kāi)關(guān)，S2 一控制開(kāi)關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0035]參照?qǐng)D4所示，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高壓直流斷路器，包括主電流電路1、第一轉(zhuǎn)移電路2、第二轉(zhuǎn)移電路3、能量吸收電路4、磁場(chǎng)發(fā)生電路5、系統(tǒng)接線端Jl和系統(tǒng)接線端J2，其中:
[0036]所述的主電流電路1、第二轉(zhuǎn)移電路3和能量吸收電路4并聯(lián)，并聯(lián)電路的第一聯(lián)結(jié)端與所述的系統(tǒng)接線端Jl連接，并聯(lián)電路的第二聯(lián)結(jié)端與所述的系統(tǒng)接線端J2連接；
[0037]所述的主電流電路I由真空開(kāi)關(guān)模塊VBl和真空開(kāi)關(guān)模塊VB2串聯(lián)構(gòu)成，所述真空開(kāi)關(guān)模塊VBl和真空開(kāi)關(guān)模塊VB2是至少由一個(gè)真空開(kāi)關(guān)構(gòu)成的串并聯(lián)組件，所述的真空開(kāi)關(guān)是基于電磁斥力原理構(gòu)成的快速真空開(kāi)關(guān)；
[0038]所述的第一轉(zhuǎn)移電路2是至少由一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)串并聯(lián)構(gòu)成的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件T，與所述的真空開(kāi)關(guān)模塊VBl并聯(lián)，所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)采用二極管或晶閘管；
[0039]所述的第二轉(zhuǎn)移電路3是由預(yù)充電電容C2、電感L2和控制開(kāi)關(guān)S2依次串聯(lián)構(gòu)成的脈沖電流電路，所述的電容C2與電感L2連接的一極為預(yù)充電電壓正極，所述的控制開(kāi)關(guān)S2采用至少由一個(gè)晶閘管或真空觸發(fā)開(kāi)關(guān)串并聯(lián)構(gòu)成的開(kāi)關(guān)組件；
[0040]所述的能量吸收電路4是由多個(gè)壓敏電阻單元串并聯(lián)構(gòu)成的壓敏電阻組件MOV;
[0041]所述的磁場(chǎng)發(fā)生電路5是由預(yù)充電電容Cl、線圈LI和控制開(kāi)關(guān)SI依次串聯(lián)構(gòu)成的脈沖磁場(chǎng)回路，所述的真空開(kāi)關(guān)模塊VBl和磁場(chǎng)發(fā)生電路5之間沒(méi)有電氣連接關(guān)系，所述的線圈LI與所述的真空開(kāi)關(guān)模塊VBl盡量靠近，線圈LI的法向與真空開(kāi)關(guān)模塊VBl中電流方向垂直。
[0042]其中，磁場(chǎng)發(fā)生電路5中的控制開(kāi)關(guān)SI接通時(shí)，所述的電容Cl通過(guò)所述的線圈LI放電，所述的線圈LI產(chǎn)生與所述真空開(kāi)關(guān)模塊VBI中電流方向垂直的橫向磁場(chǎng)B。
[0043]其中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件T采用晶閘管反向并聯(lián)組件Tl或二極管橋式電路與單相晶閘管構(gòu)成的組件T2，所述的第二轉(zhuǎn)移電路3采用預(yù)充電電容、電感與晶閘管橋構(gòu)成的橋式轉(zhuǎn)移電路T3，使高壓直流斷路器實(shí)現(xiàn)雙向電流分?jǐn)喙δ堋?br>[0044]—種高壓直流斷路器的控制方法，包括以下步驟:a)、在直流電力系統(tǒng)正常工作階段，主電流電路中的真空開(kāi)關(guān)模塊VBl和真空開(kāi)關(guān)模塊VB2均處于閉合狀態(tài)，負(fù)載電流由真空開(kāi)關(guān)模塊VBl和真空開(kāi)關(guān)模塊VB2承擔(dān);b)、當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障后，真空開(kāi)關(guān)模塊VBl和真空開(kāi)關(guān)模塊VB2同時(shí)分?jǐn)?，磁?chǎng)發(fā)生電路導(dǎo)通，產(chǎn)生能顯著提高真空開(kāi)關(guān)模塊VBl分?jǐn)嚯娀‰妷旱臋M向磁場(chǎng)B; c)、在真空開(kāi)關(guān)模塊VBI分?jǐn)嗟耐瑫r(shí)，第一轉(zhuǎn)移電路中的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件T導(dǎo)通，在真空開(kāi)關(guān)模塊VBl電弧電壓的作用下，電流迅速?gòu)恼婵臻_(kāi)關(guān)模塊VBl向半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件T中轉(zhuǎn)移;d)、當(dāng)電流完全轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件T之后，延時(shí)至所述真空開(kāi)關(guān)模塊VB2的觸頭分開(kāi)到足夠開(kāi)距時(shí)，第二轉(zhuǎn)移電路中控制開(kāi)關(guān)S2接通，電容C2通過(guò)電感L2放電產(chǎn)生脈沖電流，迫使半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件T和真空開(kāi)關(guān)模塊VB2中的電流同時(shí)減小為零;e)、半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件T電流過(guò)零關(guān)斷后，系統(tǒng)母線對(duì)電容C2反向充電，導(dǎo)致斷路器兩端的電壓不斷增加，當(dāng)電壓增加到壓敏電阻組件MOV的開(kāi)通值后，壓敏電阻組件MOV導(dǎo)通吸收系統(tǒng)能量并限制過(guò)電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障電流的限制并最終使其減小為零。
[0045]其中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件T采用二極管組件時(shí)還包括以下步驟:A)、二極管不需要門(mén)極控制，在真空開(kāi)關(guān)模塊VBl電弧電壓開(kāi)始建立時(shí)，即自動(dòng)進(jìn)入電流轉(zhuǎn)移過(guò)程;B)、二極管電流過(guò)零后，電容C2電壓極性相對(duì)于二極管為反向，在電容C2電壓方向變化之前，二極管反向截止，在此期間，真空開(kāi)關(guān)模塊VB2進(jìn)行弧后介質(zhì)快速恢復(fù);C)、二極管首先承受分?jǐn)噙^(guò)程中斷路器兩端建立的反向恢復(fù)電壓，當(dāng)恢復(fù)電壓變?yōu)檎蚝?，由真?