CN103779828A - 基于人工过零的双向直流开断电路及其开断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于人工过零的双向直流开断电路及其开断方法，利用主断路器和两个后备断路器之间的配合，有效解决了在短路还没有排除的情况下换流电容器不能充电的问题；换流开关采用不具备电流过零关断能力的开关器件，投入反向振荡电流后，反向振荡电流第一个半波叠加在主断路器电流上，如果此时主断路器电流与反向电流方向相同，则由于换流开关不具备电流过零关断能力，反向振荡电流下一个半波方向与主断路器电流方向相反，主断路器中电流会强迫过零关断，实现双向开断功能；在主断路器两端各串联一个后备断路器，打开后备断路器后，母线电流将过零关断，可以解决换流开关没有电流过零开断能力时，电路中一直存在剩余电流的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力行业直流开断技术，具体涉及一种基于人工过零的双向直流开断电路及其开断方法。
背景技术
与交流电流相比，直流电流由于没有自然过零点而较难开断。基于人工过零的直流开断技术的基本原理为：在主断路器两端并联一条由预充电的换流电容器C、换流电抗器L和换流开关S构成的换流支路，开断时，闭合换流开关S，则预充电的换流电容器C通过换流电抗器L和换流开关S产生迭加在主断路器电流I上的反向振荡电流I1，使主断路器电流形成“人工过零点”而熄灭，电流转移至换流支路。
现有技术中，如果此时换流开关拥有电流过零关断的能力，则电流转移至换流支路后，在换流回路电流第一个过零点的时候换流开关关断，电流完全转移至避雷器MOV，直至避雷器中电流下降为零，电路开断成功。
专利《High-voltage DC circuit breaker apparatus》中介绍了一种人工过零技术的直流断路器，其换流电容采用母线直接充电的方法，但直流断路器两端没有后备断路器或隔离开关，在短路故障切断后，但短路故障没有排除前，母线不能给换流电容充电。
文献《APPLICABILITY OF A VACUUM INTERRUPTERAS THE BASICSWITCH ELEMENT IN HVDC BREAKERS》中介绍了一种人工过零技术的直流开断方法，其换流支路的换流开关采用了空气球隙，由于球隙不具备电流过零关断的能力，该方法具备双向开断的能力，但该方法在开断过程结束后，换流支路和主回路中一直存在振荡衰减的剩余电流，直至电流最终衰减至零。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于人工过零的双向直流开断电路及其开断方法。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。
一种基于人工过零的双向直流开断电路，该双向直流开断电路包括设置于母线上的直流开断装置以及与直流开断装置串联的第一后备断路器，所述直流开断装置包括换流支路、避雷器以及主断路器，换流支路以及避雷器与主断路器并联，换流支路由换流开关、换流电抗器和换流电容器串联组成，换流开关采用不具备电流过零开断能力的开关，第一后备断路器具备电流过零开断能力。
所述双向直流开断电路还包括第二后备断路器以及充电电阻，第二后备断路器具备电流过零开断能力，第一后备断路器以及第二后备断路器分别串联于所述直流开断装置的两端，充电电阻的一端接地，另一端接于换流电容器的一侧，换流电容器的另一侧接于主断路器与第一或第二后备断路器之间的母线上。
所述换流开关采用空气球隙。
上述基于人工过零的双向直流开断电路的开断方法，包括以下步骤：
短路点位于换流电容器充电完成后的高压侧时，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器、第一后备断路器以及换流开关均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：外部电源给换流电容器充电，换流电容器充电完成后，断开外部电源与换流电容器的充电线路，然后判定短路故障是否清除，若清除，则系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤2：打开主断路器，待主断路器电极间距达到设定值时，闭合换流开关，换流电容器开始放电，产生迭加在主断路器电流上的反向振荡电流，反向振荡电流第一个半波方向与主断路器电流方向相反，强迫主断路器电流过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压；
步骤3：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器动作电压后，避雷器动作，换流支路中电流开始转移至避雷器；
步骤4：当换流支路中电流完全转移至避雷器后，避雷器中电流开始下降，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤5：经过步骤4后，打开第一后备断路器，母线电流关断，第一后备断路器和换流开关断开；
步骤6：换流开关断开后，换流电容器通过自身的放电电路放电。
上述基于人工过零的双向直流开断电路的开断方法，包括以下步骤：
短路点位于换流电容器充电完成后的低压侧时，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器、第一后备断路器以及换流开关均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：外部电源给换流电容器充电，换流电容器充电完成后，断开外部电源与换流电容器的充电线路，然后判定短路故障是否清除，若清除，则系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤2：打开主断路器，待主断路器电极间距达到设定值时，闭合换流开关，换流电容器开始放电，产生迭加在主断路器电流上的反向振荡电流，反向振荡电流第一个半波方向与主断路器电流方向相同，反向振荡电流第一个半波振荡过零后，反向振荡电流第二个半波方向与主断路器电流方向相反，强迫主断路器电流过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压；
步骤3：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器动作电压后，避雷器动作，换流支路中电流开始转移至避雷器；
步骤4：当换流支路中电流完全转移至避雷器后，避雷器中电流开始下降，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤5：经过步骤4后，打开第一后备断路器，母线电流关断，第一后备断路器和换流开关断开；
步骤6：换流开关断开后，换流电容器通过自身的放电电路放电。
上述基于人工过零的双向直流开断电路的开断方法，包括以下步骤：
短路点和第二后备断路器位于换流电容器充电完成后的高压侧、第一后备断路器位于换流电容器充电完成后的低压侧时，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器、第一后备断路器、第二后备断路器以及换流开关均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：给换流电容器充电
首先使主断路器合闸，然后闭合第一后备断路器，母线通过充电电阻给换流电容器充电；
步骤2：换流电容器充电完成后，闭合第二后备断路器，然后判定短路故障是否清除，若清除，则系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤3：打开主断路器，待主断路器电极间距达到设定值时，闭合换流开关，换流电容器开始放电，产生迭加在主断路器电流上的反向振荡电流，反向振荡电流第一个半波方向与主断路器电流方向相反，强迫主断路器电流过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压；
步骤4：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器动作电压后，避雷器动作，换流支路中电流开始转移至避雷器；
步骤5：当换流支路中电流完全转移至避雷器后，避雷器中电流开始下降，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤6：经过步骤5后，打开第一后备断路器，母线电流关断，第一后备断路器和换流开关断开；
步骤7：换流开关断开后，换流电容器通过充电电阻和短路点放电，换流电容器放电完成后，打开第二后备断路器。
上述基于人工过零的双向直流开断电路的开断方法，包括以下步骤：
短路点和第一后备断路器位于换流电容器充电完成后的低压侧、第二后备断路器位于换流电容器充电完成后的高压侧时，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器、第一后备断路器、第二后备断路器以及换流开关均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：给换流电容器充电
首先使主断路器合闸，然后闭合第二后备断路器，母线通过充电电阻给换流电容器充电；
步骤2：换流电容器充电完成后，闭合第一后备断路器，然后判定短路故障是否清除，若清除，则系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤3：打开主断路器，待主断路器电极间距达到设定值时，闭合换流开关，换流电容器开始放电，产生迭加在主断路器电流上的反向振荡电流，反向振荡电流第一个半波方向与主断路器电流方向相同，反向振荡电流第一个半波振荡过零后，反向振荡电流第二个半波方向与主断路器电流方向相反，强迫主断路器电流过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压；
步骤4：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器动作电压后，避雷器动作，换流支路中电流开始转移至避雷器；
步骤5：当换流支路中电流完全转移至避雷器后，避雷器中电流开始下降，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤6：经过步骤5后，打开第一后备断路器，母线电流关断，第一后备断路器和换流开关断开；
步骤7：换流开关断开后，换流电容器将通过充电电阻充电，换流电容器充电完成后，打开第二后备断路器，换流电容器通过自身放电电路放电。
本发明的有益效果体现在：
本发明采用没有电流过零开断能力的开关作为换流开关实现双向直流开断，换流开关采用不具备电流过零开断能力的开关器件时，投入反向振荡电流后，反向振荡电流第一个半波叠加在主断路器电流上，如果此时主断路器电流与反向电流方向相同，则由于换流开关不具备电流过零开断能力，反向振荡电流下一个半波方向与主断路器电流方向相反，因此，主断路器中电流会强迫过零关断，实现本方案所说的双向开断功能；在任一侧串联后备断路器，开断避雷器电流过零后主回路中存在的剩余电流。
进一步的，利用主断路器和两端后备断路器之间的配合，有效解决了在短路还没有排除，需要换流电容充电时现有母线充电方法不能给换流电容充电的问题；换流开关采用不具备电流过零开断能力的开关器件时，投入反向振荡电流后，反向振荡电流第一个半波叠加在主断路器电流上，如果此时主断路器电流与反向电流方向相同，则由于换流开关不具备电流过零开断能力，反向振荡电流下一个半波方向与主断路器电流方向相反，因此，主断路器中电流会强迫过零关断，实现本方案所说的双向开断功能。在两端各串联一个后备断路器，母线电流将过零关断，可以解决换流开关没有电流过零开断能力时，电路中一直存在剩余电流的问题。
附图说明
图1是基于人工过零的直流开断技术的基本原理图；
图2为本发明实施例1的直流开断原理图；
图3为本发明实施例2的直流开断原理图；
图4为实施例1中直流开断装置开断电路后，短路故障未排除需要直流开断装置再次开断电路的开断原理图，短路点在直流开断装置右侧；
图5为实施例1中直流开断装置开断电路后，短路故障未排除需要直流开断装置再次开断电路的开断原理图，短路点在直流开断装置左侧；
图6为实施例2中直流开断装置开断电路后，短路故障未排除需要直流开断装置再次开断电路的开断原理图，短路点在直流开断装置右侧；
图7为实施例2中直流开断装置开断电路后，短路故障未排除需要直流开断装置再次开断电路的开断原理图，短路点在直流开断装置左侧；
图8为对应于图6中换流电容器的充电过程；
图9为对应于图6的开断过程仿真结果；
图中：1为直流开断装置，2为直流母线，3为短路故障，BUB1为第一后备断路器，BUB2为第二后备断路器，MCB为主断路器，S为换流开关，L为换流电抗器，C为换流电容器，R为充电电阻，MOV为避雷器，I为主断路器电流，I1为反向振荡电流，I0为母线电流。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
实施例1（外部电源对换流电容器充电）
本实施例为了解决基于人工过零直流开断技术中短路电流双向开断的问题，提出了换流开关采用不具备电流过零开断能力的开关器件；为了解决基于人工过零的直流开断技术中换流开关没有电流过零开断能力时电路中将一直存在剩余电流的问题，提出采用后备断路器开断剩余电流。本实施例的具体技术方案如下：
参见图2，本发明所述基于人工过零的双向直流开断电路包括设置于母线上的直流开断装置1以及与直流开断装置1串联的第一后备断路器BUB1，所述直流开断装置包括换流支路、避雷器MOV以及主断路器MCB，换流支路以及避雷器MOV与主断路器MCB并联，换流支路由换流开关S、换流电抗器L和换流电容器C串联组成，换流开关S采用不具备电流过零开断能力的开关，例如，空气球隙，第一后备断路器BUB1具备电流过零开断能力。
上述基于人工过零的双向直流开断电路的开断方法，包括以下步骤：
参见图4，短路点位于换流电容器充电完成后的高压侧时，即换流开关投入振荡电流后，振荡电流的第一个半波的方向与主断路器中电流的方向相反，为正向开断，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器MCB、第一后备断路器BUB1以及换流开关S均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果此时系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：外部电源给换流电容器C充电，换流电容器充电完成后，断开外部电源与换流电容器的充电线路，然后需要根据检测到的信号判定短路故障是否清除，若清除，则图4中各器件状态不变，系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤2：打开主断路器MCB，待主断路器MCB电极间距达到设定值时，闭合换流开关S，换流电容器C开始放电，产生迭加在主断路器电流I上的反向振荡电流I1，反向振荡电流I1第一个半波方向与主断路器电流I方向相反，强迫主断路器电流I过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压，电流转移至换流支路，换流电容器电压在这个过程中先下降至零后再反向上升，主断路器两端恢复电压不断上升；
步骤3：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器MOV动作电压后，避雷器MOV动作，换流支路中电流开始转移至避雷器MOV；
步骤4：当换流支路中电流完全转移至避雷器MOV后，避雷器MOV中电流开始下降，由于换流开关不具备电流过零开断能力，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流I0完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤5：经过步骤4后，打开第一后备断路器BUB1，由于第一后备断路器BUB1为真空断路器，具备电流过零开断能力，母线中电流振荡过零时，母线电流I0关断，第一后备断路器BUB1和换流开关S断开；
步骤6：换流开关S断开后，换流电容器C将通过自身的放电电路放电，换流电容器放电完成即视为开断过程最终完成。
参见图5，短路点位于换流电容器充电完成后的低压侧时，即换流开关投入振荡电流后，振荡电流的第一个半波的方向与主断路器中电流的方向相同，为反向开断，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器MCB、第一后备断路器BUB1以及换流开关S均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果此时系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：外部电源给换流电容器C充电，换流电容器充电完成后，断开外部电源与换流电容器的充电线路，然后需要根据检测到的信号判定短路故障是否清除，若清除，则图5中各器件状态不变，系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤2：打开主断路器MCB，待主断路器MCB电极间距达到设定值时，闭合换流开关S，换流电容器C开始放电，产生迭加在主断路器电流I上的反向振荡电流I1，反向振荡电流I1第一个半波方向与主断路器电流I方向相同，反向振荡电流第一个半波振荡过零后，紧接着反向振荡电流第二个半波方向与主断路器电流方向相反，强迫主断路器电流I过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压，电流转移至换流支路，换流电容器电压在这个过程中先下降至零后再反向上升，主断路器两端恢复电压不断上升；
步骤3：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器MOV动作电压后，避雷器MOV动作，换流支路中电流开始转移至避雷器MOV；
步骤4：当换流支路中电流完全转移至避雷器MOV后，避雷器MOV中电流开始下降，由于换流开关不具备电流过零开断能力，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流I0完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤5：经过步骤4后，打开第一后备断路器BUB1，由于第一后备断路器BUB1为真空断路器，具备电流过零关断的能力，母线中电流振荡过零时，母线电流I0关断，第一后备断路器BUB1和换流开关S断开；
步骤6：换流开关S断开后，换流电容器C将通过自身的放电电路放电，换流电容放电完成即视为开断过程最终完成。
实施例2（母线对换流电容器充电）
相较于实施例1，本实施例还要解决直流系统故障状态下换流电容充电的问题，并提出了一种安全可靠的充电方式。
本实施例的技术方案主要有三个关键点：
1）换流电容器充电方式为通过母线和充电电阻直接给换流电容器充电；
2）换流开关采用不具备电流过零开断能力的开关，例如，空气球隙；
3）在直流开断装置两端各串联一个后备真空断路器。
本实施例的具体技术方案如下：
参见图3，本发明所述基于人工过零的双向直流开断电路包括设置于母线上的直流开断装置1以及与直流开断装置1串联的第一后备断路器BUB1，所述直流开断装置包括换流支路、避雷器MOV以及主断路器MCB，换流支路以及避雷器MOV与主断路器MCB并联，换流支路由换流开关S、换流电抗器L和换流电容器C串联组成，换流开关S采用不具备电流过零开断能力的开关，例如，空气球隙，第一后备断路器BUB1具备电流过零开断能力。所述双向直流开断电路还包括第二后备断路器BUB2以及充电电阻R，第二后备断路器BUB2具备电流过零开断能力，第一后备断路器BUB1以及第二后备断路器BUB2分别串联于所述直流开断装置1的两端，充电电阻R的一端接地，另一端接于换流电容器C的一侧，换流电容器C的另一侧接于主断路器MCB与第一或第二后备断路器之间的母线上。
上述基于人工过零的双向直流开断电路的开断方法，包括以下步骤：
参见图6，短路点和第二后备断路器BUB2位于换流电容器充电完成后的高压侧、第一后备断路器BUB1位于换流电容器充电完成后的低压侧时，即换流开关投入振荡电流后，振荡电流的第一个半波的方向与主断路器中电流的方向相反，为正向开断，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器MCB、第一后备断路器BUB1、第二后备断路器BUB2以及换流开关S均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果此时系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：给换流电容器充电
首先使主断路器MCB合闸，然后闭合第一后备断路器BUB1，第二后备断路器BUB2和换流开关S仍处于断开状态，母线通过充电电阻R给换流电容器C充电；
步骤2：换流电容器充电完成后，闭合第二后备断路器BUB2，然后需要根据检测到的信号判定短路故障是否清除，若清除，则图6中各器件状态不变，系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤3：打开主断路器MCB，待主断路器MCB电极间距达到设定值时，闭合换流开关S，换流电容器C开始放电，产生迭加在主断路器电流I上的反向振荡电流I1，反向振荡电流I1第一个半波方向与主断路器电流I方向相反，强迫主断路器电流I过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压，电流转移至换流支路，换流电容器电压在这个过程中先下降至零后再反向上升，主断路器两端恢复电压不断上升；
步骤4：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器MOV动作电压后，避雷器MOV动作，换流支路中电流开始转移至避雷器MOV；
步骤5：当换流支路中电流完全转移至避雷器MOV后，避雷器MOV中电流开始下降，由于换流开关不具备电流过零开断的能力，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流I0完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤6：经过步骤5后，打开第一后备断路器BUB1，由于第一后备断路器BUB1为真空断路器，具备电流过零开断能力，母线中电流振荡过零时，母线电流I0关断，第一后备断路器BUB1和换流开关S断开；
步骤7：换流开关S断开后，换流电容器C将通过充电电阻R和短路点放电，换流电容器C放电完成后，打开第二后备断路器BUB2，开断过程完成。
参见图7，短路点和第一后备断路器BUB1位于换流电容器充电完成后的低压侧、第二后备断路器BUB2位于换流电容器充电完成后的高压侧时，即换流开关投入振荡电流后，振荡电流的第一个半波的方向与主断路器中电流的方向相同，为反向开断，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器MCB、第一后备断路器BUB1、第二后备断路器BUB2以及换流开关S均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果此时系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：给换流电容器充电
首先使主断路器MCB合闸，然后闭合第二后备断路器BUB2，第一后备断路器BUB1和换流开关S仍处于断开状态，母线通过充电电阻R给换流电容器C充电；
步骤2：换流电容器充电完成后，闭合第一后备断路器BUB1，然后需要根据检测到的信号判定短路故障是否清除，若清除，则图7中各器件状态不变，系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤3：打开主断路器MCB，待主断路器MCB电极间距达到设定值时，闭合换流开关S，换流电容器C开始放电，产生迭加在主断路器电流I上的反向振荡电流I1，反向振荡电流I1第一个半波方向与主断路器电流I方向相同，反向振荡电流第一个半波振荡过零后，紧接着反向振荡电流第二个半波方向与主断路器电流方向相反，强迫主断路器电流I过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压，电流转移至换流支路，换流电容器电压在这个过程中先下降至零后再反向上升，主断路器两端恢复电压不断上升；
步骤4：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器MOV动作电压后，避雷器MOV动作，换流支路中电流开始转移至避雷器MOV；
步骤5：当换流支路中电流完全转移至避雷器MOV后，避雷器MOV中电流开始下降，由于换流开关不具备电流过零开断的能力，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流I0完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤6：经过步骤5后，打开第一后备断路器BUB1，由于第一后备断路器BUB1为真空断路器，具备电流过零开断的能力，母线中电流振荡过零时，母线电流I0关断，第一后备断路器BUB1和换流开关S断开；
步骤7：换流开关S断开后，换流电容器C将通过充电电阻R充电，换流电容器C充电完成后，打开第二后备断路器BUB2，换流电容器C通过自身放电电路放电，换流电容器放电完成后，开断过程完成。
从图8可以看出采用实施例2的方案后，即使短路故障未清除，换流电容器也可以正常充电，从图9可以看出短路故障发生后本方案可以顺利完成短路故障的开断。
实施例1以及实施例2中，后备断路器采用具备电流过零开断能力的断路器即可，例如，真空断路器，优选具备电流过零开断能力且能够高速分闸的断路器。
实施例2较实施例1的优势在于，换流电容器电压可以与母线电压保持一致，避免由于漏电流引起的换流电容器电压下降的问题，可以保持换流支路投入的振荡电流的峰值在一定范围内。
在实施例2中，由于充电电阻R通常为数千欧，在开断过程中流过其的电流可忽略，因此，可以忽略充电电阻对换流过程的影响。
Claims (7)
1.一种基于人工过零的双向直流开断电路，其特征在于：该双向直流开断电路包括设置于母线上的直流开断装置（1）以及与直流开断装置（1）串联的第一后备断路器（BUB1），所述直流开断装置包括换流支路、避雷器（MOV）以及主断路器（MCB），换流支路以及避雷器（MOV）与主断路器（MCB）并联，换流支路由换流开关（S）、换流电抗器（L）和换流电容器（C）串联组成，换流开关（S）采用不具备电流过零开断能力的开关，第一后备断路器（BUB1）具备电流过零开断能力。
2.根据权利要求1所述一种基于人工过零的双向直流开断电路，其特征在于：所述双向直流开断电路还包括第二后备断路器（BUB2）以及充电电阻（R），第二后备断路器（BUB2）具备电流过零开断能力，第一后备断路器（BUB1）以及第二后备断路器（BUB2）分别串联于所述直流开断装置（1）的两端，充电电阻（R）的一端接地，另一端接于换流电容器（C）的一侧，换流电容器（C）的另一侧接于主断路器（MCB）与第一或第二后备断路器之间的母线上。
3.根据权利要求1或2所述一种基于人工过零的双向直流开断电路，其特征在于：所述换流开关（S）采用空气球隙。
4.一种如权利要求1所述基于人工过零的双向直流开断电路的开断方法，其特征在于：包括以下步骤：
短路点位于换流电容器充电完成后的高压侧时，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器（MCB）、第一后备断路器（BUB1）以及换流开关（S）均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：外部电源给换流电容器（C）充电，换流电容器充电完成后，断开外部电源与换流电容器的充电线路，然后判定短路故障是否清除，若清除，则系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤2：打开主断路器（MCB），待主断路器（MCB）电极间距达到设定值时，闭合换流开关（S），换流电容器（C）开始放电，产生迭加在主断路器电流（I）上的反向振荡电流（I1），反向振荡电流（I1）第一个半波方向与主断路器电流（I）方向相反，强迫主断路器电流（I）过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压；
步骤3：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器（MOV）动作电压后，避雷器（MOV）动作，换流支路中电流开始转移至避雷器（MOV）；
步骤4：当换流支路中电流完全转移至避雷器（MOV）后，避雷器（MOV）中电流开始下降，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流（I0）完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤5：经过步骤4后，打开第一后备断路器（BUB1），母线电流（I0）关断，第一后备断路器（BUB1）和换流开关（S）断开；
步骤6：换流开关（S）断开后，换流电容器（C）通过自身的放电电路放电。
5.一种如权利要求1所述基于人工过零的双向直流开断电路的开断方法，其特征在于：包括以下步骤：
短路点位于换流电容器充电完成后的低压侧时，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器（MCB）、第一后备断路器（BUB1）以及换流开关（S）均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：外部电源给换流电容器（C）充电，换流电容器充电完成后，断开外部电源与换流电容器的充电线路，然后判定短路故障是否清除，若清除，则系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤2：打开主断路器（MCB），待主断路器（MCB）电极间距达到设定值时，闭合换流开关（S），换流电容器（C）开始放电，产生迭加在主断路器电流（I）上的反向振荡电流（I1），反向振荡电流（I1）第一个半波方向与主断路器电流（I）方向相同，反向振荡电流第一个半波振荡过零后，反向振荡电流第二个半波方向与主断路器电流方向相反，强迫主断路器电流（I）过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压；
步骤3：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器（MOV）动作电压后，避雷器（MOV）动作，换流支路中电流开始转移至避雷器（MOV）；
步骤4：当换流支路中电流完全转移至避雷器（MOV）后，避雷器（MOV）中电流开始下降，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流（I0）完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤5：经过步骤4后，打开第一后备断路器（BUB1），母线电流（I0）关断，第一后备断路器（BUB1）和换流开关（S）断开；
步骤6：换流开关（S）断开后，换流电容器（C）通过自身的放电电路放电。
6.一种如权利要求2所述基于人工过零的双向直流开断电路的开断方法，其特征在于：包括以下步骤：
短路点和第二后备断路器（BUB2）位于换流电容器充电完成后的高压侧、第一后备断路器（BUB1）位于换流电容器充电完成后的低压侧时，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器（MCB）、第一后备断路器（BUB1）、第二后备断路器（BUB2）以及换流开关（S）均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：给换流电容器充电
首先使主断路器（MCB）合闸，然后闭合第一后备断路器（BUB1），母线通过充电电阻（R）给换流电容器（C）充电；
步骤2：换流电容器充电完成后，闭合第二后备断路器（BUB2），然后判定短路故障是否清除，若清除，则系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤3：打开主断路器（MCB），待主断路器（MCB）电极间距达到设定值时，闭合换流开关（S），换流电容器（C）开始放电，产生迭加在主断路器电流（I）上的反向振荡电流（I1），反向振荡电流（I1）第一个半波方向与主断路器电流（I）方向相反，强迫主断路器电流（I）过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压；
步骤4：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器（MOV）动作电压后，避雷器（MOV）动作，换流支路中电流开始转移至避雷器（MOV）；
步骤5：当换流支路中电流完全转移至避雷器（MOV）后，避雷器（MOV）中电流开始下降，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流（I0）完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤6：经过步骤5后，打开第一后备断路器（BUB1），母线电流（I0）关断，第一后备断路器（BUB1）和换流开关（S）断开；
步骤7：换流开关（S）断开后，换流电容器（C）通过充电电阻（R）和短路点放电，换流电容器（C）放电完成后，打开第二后备断路器（BUB2）。
7.一种如权利要求2所述基于人工过零的双向直流开断电路的开断方法，其特征在于：包括以下步骤：
短路点和第一后备断路器（BUB1）位于换流电容器充电完成后的低压侧、第二后备断路器（BUB2）位于换流电容器充电完成后的高压侧时，且初始状态为短路开断过程已经完成，但不能确定短路故障是否排除，主断路器（MCB）、第一后备断路器（BUB1）、第二后备断路器（BUB2）以及换流开关（S）均处于断开状态，电路中没有电流流过，如果系统需要恢复正常状态，则进行以下步骤：
步骤1：给换流电容器充电
首先使主断路器（MCB）合闸，然后闭合第二后备断路器（BUB2），母线通过充电电阻（R）给换流电容器（C）充电；
步骤2：换流电容器充电完成后，闭合第一后备断路器（BUB1），然后判定短路故障是否清除，若清除，则系统正常运行，直至系统发生短路故障时继续以下步骤；若未清除，则继续以下步骤；
步骤3：打开主断路器（MCB），待主断路器（MCB）电极间距达到设定值时，闭合换流开关（S），换流电容器（C）开始放电，产生迭加在主断路器电流（I）上的反向振荡电流（I1），反向振荡电流（I1）第一个半波方向与主断路器电流（I）方向相同，反向振荡电流第一个半波振荡过零后，反向振荡电流第二个半波方向与主断路器电流方向相反，强迫主断路器电流（I）过零关断，主断路器两端开始出现恢复电压；
步骤4：当主断路器两端恢复电压上升至避雷器（MOV）动作电压后，避雷器（MOV）动作，换流支路中电流开始转移至避雷器（MOV）；
步骤5：当换流支路中电流完全转移至避雷器（MOV）后，避雷器（MOV）中电流开始下降，换流开关仍处于导通状态，避雷器中电流与换流支路中电流均发生振荡并逐渐衰减，当避雷器中电流衰减至零后，避雷器电流关断，母线电流（I0）完全转移至换流支路，母线电流开始发生振荡；
步骤6：经过步骤5后，打开第一后备断路器（BUB1），母线电流（I0）关断，第一后备断路器（BUB1）和换流开关（S）断开；
步骤7：换流开关（S）断开后，换流电容器（C）将通过充电电阻（R）充电，换流电容器（C）充电完成后，打开第二后备断路器（BUB2），换流电容器（C）通过自身放电电路放电。
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