CN102360991A - 一种多断口串联式高压直流断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种多断口串联式高压直流断路器，该断路器包括多断口断路器、振荡回路和耗能元件，多断口断路器包括若干单相断路器，每个单相断路器的断口通过连接母线相串联，多断口断路器分别通过连接母线与振荡回路和耗能元件相并联，每个单相断路器的断口分别并联有一RC均压回路。本发明采用若干个单相断路器的断口串联构成多断口串联结构，具有开断电压高，开断电流大、开断时间短等效果，完全可以满足超、特高压直流输电工程的需要；另外，本发明中的振荡回路用来产生振荡电流；耗能元件在电流分断后吸收线路能量和限制过电压；RC阻尼回路用来改善各单相断路器的断口间的均压。
Description
技术领域
本发明属于高压直流输电领域，具体涉及一种多断口串联式高压直流断路器。
背景技术
在超、特高压直流输电工程中，直流断路器是至关重要的设备之一。超、特高压直流输电工程电压等级高、输送容量大，因此一旦出现故障，对直流系统本身和其连接的交流系统都产生重大影响，因此必须及时切除故障点。直流断路器动作响应快，能够最大限度减小故障持续时间，减小故障的对交/直流输电系统的冲击。然而，超、特高压直流输电工程电压等级不断提高，开断电流要求越来越高，输送容量不断增大，相应地对直流断路器的开断能力要求也不断提高。传统的单断口或双断口直流断路器的开断能力很难再提高。
因此，为了满足超、特高压直流输电工程的需要，本发明提出一种具有RC阻尼均压回路的多断口串联结构直流断路器。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提出一种具有开断电压高、开断电流大、开断时间短等优点的多断口串联式高压直流断路器。
本发明的多断口串联式高压直流断路器是通过如下技术方案实现的：
一种多断口串联式高压直流断路器，该断路器包括多断口断路器、振荡回路和耗能元件，所述多断口断路器包括若干单相断路器，每个单相断路器的断口通过连接母线依次进行串联，所述多断口断路器分别通过连接母线与振荡回路和耗能元件相并联，每个单相断路器的断口处分别并联有一RC均压回路。
其中，所述振荡回路包括相互串联的电感L和电容C。
其中，所述耗能元件采用金属氧化物避雷器MOV。
其中，所述RC均压回路包括相互串联的阻尼电容Cs和阻尼电阻Rs。
其中，所述单相断路器包括灭弧室、支柱绝缘子、操动机构箱和出线板，所述灭弧室通过支柱绝缘子固定于操动机构箱上，所述灭弧室的上、下两端分别设有一出线板，所述灭弧室中设有由动、静触头形成的断口以及与该断口相并联的RC均压回路，灭弧室中的动触头与一个出线板中引出的连接母线的一端进行电连接，灭弧室中的静触头与另一出线板中引出的连接母线的一端进行电连接，所述动触头受操作机构箱中的操动机构驱动、实现断口的同步开断。
其中，所述每个单相断路器的灭弧室中均填充有用于灭弧的SF6气体。
其中，所述操作机构箱中的操动机构采用永磁机构、弹簧操动机构、液压机构或气动机构。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用若干个单相断路器的断口串联构成多断口串联结构，具有开断电压高，开断电流大、开断时间短等效果，完全可以满足超、特高压直流输电工程的需要；另外，本发明中的振荡回路，用于产生振荡电流；耗能元件，用于在电流分断后吸收线路能量和限制过电压；RC阻尼回路，用于改善各单相断路器的断口间的均压。
2)本发明采用六氟化硫气体灭弧，灭弧能力强；本发明采用操动机构来控制相互串联的各单相断路器同时开断，动作同步性好。
附图说明
图1是本发明多断口串联式高压直流断路器的电路原理图；
图2是三断口的连接结构示意图；
图中，1-灭弧室，2-支柱绝缘子，3-操动机构箱，4-出线板，5-连接母线。
具体实施方式
本发明以三个单相断路器串联构成的三相断路器为例、并结合附图对本发明的多断口串联式高压直流断路器做进一步详细的说明。
本发明的多断口串联式高压直流断路器采用无源型迭加振荡电流的直流开断方式，强迫电流产生过零点，并最终达到电流分断的目的。其结构如图1所示，该直流断路器主要由三部分组成：①多断口断路器；②振荡回路；③耗能元件，多断口断路器分别与振荡回路和耗能元件相并联。
本例中的多断口断路器可以采用由图2中的三个单相断路器串联组成的三相断路器，其具有开断电压高、开断电流大、开断时间短的优点，完全能够满足超、特高压直流输电工程的工况需求；该三相断路器也可以采用现有技术中成熟的交流三相断路器，其接线方式更简单，更为可靠和规范化。本发明的三相断路器中各断口的作用是在迭加电流过零时刻实现电流的分断。如图2所示，每个单相断路器均包括灭弧室1、支柱绝缘子2、操动机构箱3和出线板4，灭弧室1通过支柱绝缘子2固定于操动机构箱3上，灭弧室的上、下两端分别设有一出线板4，灭弧室中设有由动、静触头形成的断口以及与该断口相并联的RC均压回路，RC均压回路由相互串联的阻尼电容Cs和阻尼电阻Rs构成，三个断口之间采用RC阻尼回路进行均压，避免三个断口承受不同的过电压，导致其中某个断口承受过电压数值太大，引起断口间电弧重燃或损耗断口设备。灭弧室中的动触头与一个出线板中引出的连接母线5的一端进行电连接，灭弧室中的静触头与另一出线板中引出的连接母线5的一端进行电连接，该连接母线的另一端再伸入下一单相断路器的一个出线板中并与该单相断路器的动触头电连接，如此反复，即通过连接母线5实现三个单相断路器中各断口的串联，位于最外侧两个单相断路器的出线板4中引出的连接母线5悬空端之间并联有振荡回路和耗能元件，实现了三相断路器与振荡回路、耗能元件相并联。每个单相断路器的灭弧室1中均填充有SF6气体进行灭弧，使得断路器具有更强的灭弧能力。每个单相断路器中的动触头受操作机构箱3中的操动机构驱动、实现断口的同步开断，动作同步性好，该操动机构可采用永磁机构、弹簧操动机构、液压机构或气动机构。
本例中的振荡回路通常采用由电感L、电容C串联构成的LC振荡回路，其用于产生振荡电流，图2中R表示该振荡回路中的等效电阻。
本例中的耗能元件一般采用金属氧化物避雷器MOV，其用于在电流分断后吸收线路能量和限制过电压。
直流断路器分断直流电流的具体过程如下：①强迫电流过零阶段：在这个阶段断口开始分开，断口两端产生电弧，电弧电压加在振荡回路上，振荡回路产生正负增幅振荡电流，此振荡电流迭加在断口的直流电流上，随着振荡电流幅值的增加，断口上迭加电流产生过零点。②断口介质恢复阶段：断口在迭加电流的过零点熄弧，断口完全分开。③能量吸收阶段：断口完全分开后，外电路电流向振荡回路的电容器充电，当振荡回路电压达到金属氧化物避雷器的动作电压时，避雷器导通，消耗掉线路电感和振荡回路电容器存储的能量，最终实现直流电流的完全分断。
本发明中多断口断路器采用多断口串联结构是至关重要的一个部分。由于每个断口的电弧呈负阻抗特性，电弧电压随电流增大而下降，所以使得振荡回路产生增幅振荡电流，迭加到断口电弧电流上，使直流电流产生过零点。现有技术中采用单断口结构的直流断路器，其断口的电弧电压相对较低，分断能力较弱，不适合分断大电流。发明人通过试验证明，由于采用本例中的三断口串联结构，所以开断过程中在每个断口上便可以产生较高的电弧电压，因此振荡回路振荡电流幅值增加速度快，断口的迭加电流过零迅速，开断大电流更容易，即可以满足特高压直流输电的需要。如果需要更高的电弧电压要求，可以根据实际需求，再增加单相断路器，形成多断口断路器。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种多断口串联式高压直流断路器，该断路器包括多断口断路器、振荡回路和耗能元件，其特征在于：所述多断口断路器包括若干单相断路器，每个单相断路器的断口通过连接母线(5)依次进行串联，所述多断口断路器分别与振荡回路和耗能元件相并联，每个单相断路器的断口处分别并联有一RC均压回路。
2.如权利要求1所述的多断口串联式高压直流断路器，其特征在于：所述振荡回路包括相互串联的电感L和电容C。
3.如权利要求1所述的多断口串联式高压直流断路器，其特征在于：所述耗能元件采用金属氧化物避雷器MOV。
4.如权利要求1所述的多断口串联式高压直流断路器，其特征在于：所述RC均压回路包括相互串联的阻尼电容Cs和阻尼电阻Rs。
5.如权利要求1所述的多断口串联式高压直流断路器，其特征在于：所述单相断路器包括灭弧室(1)、支柱绝缘子(2)、操动机构箱(3)和出线板(4)，所述灭弧室(1)通过支柱绝缘子(2)固定于操动机构箱(3)上，所述灭弧室的上、下两端分别设有一出线板(4)，所述灭弧室(1)中设有由动、静触头形成的断口以及与该断口相并联的RC均压回路，灭弧室中的动触头与一个出线板中引出的连接母线(5)的一端进行电连接，灭弧室中的静触头与另一出线板中引出的连接母线(5)的一端进行电连接，所述动触头受操作机构箱(3)中的操动机构驱动、实现断口的同步开断。
6.如权利要求5所述的多断口串联式高压直流断路器，其特征在于：所述每个单相断路器的灭弧室(1)中均填充有用于灭弧的SF6气体。
7.如权利要求5所述的多断口串联式高压直流断路器，其特征在于：所述操作机构箱(3)中的操动机构采用永磁机构、弹簧操动机构、液压机构或气动机构。
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