CN103839710A - 一种混合型直流断路器 - Google Patents

Abstract

一种混合型直流断路器，由机械开关（17、18、20）和电力电子器件（16、19、13、14、15、21、22、23、24、25、26、27）组成。在高压直流输电线路正常运行时，通过机械开关（17、18、20）和电力电子器件（16、19、13、14、21、22）组成低损耗的电流通路。当高压直流输电线路出现故障时，通过电子开关（19）的快速断开，实现机械开关（18）在零电流情况下快速分断。通过电力电子电路（13、14、15、27、21、22、23、26）的控制解决了电容（15）和电感（22）震荡过程导致电流关断时间较长的问题，实现故障电流快速关断。

Description

一种混合型直流断路器

技术领域

本发明涉及一种断路器，具体涉及一种混合型直流断路器拓扑。

背景技术

快速直流断路器是保证直流输配电系统和直流电网安全稳定可靠运行的关键设备之一。与交流系统不同的是，直流系统的电流不存在自然过零点，因此直流系统中无法像交流系统一样利用电流的自然过零点关断，直流电流的开断问题一直是一个值得研究的课题。

目前开断直流电流通常有两种方式，第一种是纯电力电子断路器，如ABB申请的专利CN102870181A，利用大功率可关断电力电子器件，直接分断直流电流。利用这种原理制造的固态断路器，在时间上虽然可以满足多端柔性直流系统的要求，但在正常导通时的损耗过大，经济性较差。

第二种是混合断路器技术，即在传统的交流机械断路器的基础上，通过增加辅助的电力电子电路，投入限流电阻以降低短路电流或在开断弧间隙的直流电流上叠加振荡电流，利用电流过零时开断电路。利用这种原理制造的混合式断路器，其对机械开关有特殊要求，在分断时间上较难满足直流输电系统的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种混合式快速直流断路器。本发明具有稳态运行时损耗小、出现短路故障时无电弧切断、响应迅速等特点。

本发明直流断路器拓扑结构包括：三个电感、三个机械开关、四个电容、一个限压器和四个电子开关。第一电感的第二引出端子与第一机械开关的第一引出端子连接，第一电容的第一引出端子、第一机械开关的第二引出端子和第二机械开关的第一引出端子连接作为第一连接点，第二机械开关的第二引出端子和第一电子开关的第一引出端子连接，第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第一引出端子、限压器的第一引出端子和第二电容的第一引出端子连接作为第二连接点，第二电子开关的第二引出端子和第三电子开关的第一引出端子连接，限压器的第二引出端子、第三电子开关的第二引出端子、第三电容的第一引出端子和第三机械开关的第一引出端子连接作为第三连接点，第三机械开关的第二引出端子和第二电感的第一引出端子连接，第二电感的第二引出端子、第四电子开关的第一引出端子和第三电感的第一引出端子连接作为第四连接点，第四电子开关的第二引出端子与第四电容的第一引出端子连接，第一电容的第二引出端子、第二电容的第二引出端子、第三电容的第二引出端子、第四电容的第二引出端子和接地或中性线连接，第一电感的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第三电感的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。第一电子开关、第二机械开关和第三机械开关有多种组成形式，例如机械开关模块与电力电子开关模块串联、机械开关、电力电子开关模块串联等。

在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关、第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关均处于闭合状态为线路电流提供通路。当检测到线路短路故障或当检测到第三电感或第一电感上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第二机械开关、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第一机械开关和第三机械开关。在完全断开第二机械开关之前，第一连接点与第二连接点电位差维持在较低的水平，并且第一电感、第一机械开关和第一电容为第一连接点之前故障电流提供续流通路，第二电容、第二电子开关、第三电子开关、第三机械开关、第二电感和第三电感为第二连接点之后故障电流提供续流通路，以便于第二机械开关快速断开。第一机械开关在电流过零时断开第一连接点之前故障电流续流回路。第二连接点之后故障电流回路断开步骤为：通过短时触发第四电子开关实现第二电感上电流快速过零，进而实现第三机械开关的快速断开，通过第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关的触发配合，可以实现第三机械开关上电流两次过零，如果第三机械开关在电流第一次过零时不能完全断开，则还有一次过零断开的机会。第四连接点之后的电流回路在电流过零点时自然关断，从而实现对整个故障线路的分断。

所述的第一电子开关包括至少一个电力电子全控器件串联组件，第一电子开关两端可以选择性的并联限压器；第二电子开关和第三电子开关包括至少一个电力电子全控或半控器件串联组件；第四电子开关包括至少一个电力电子半控器件串联组件；所述的第一机械开关由机械开关模块或者电力电子开关模块组成，所述的第二机械开关包括至少一个机械开关串联组件；所述的第三机械开关包括至少一个机械开关串联组件。

本发明也可以在第一连接点和第二连接点之间选择性的并联电容。

所述的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容含有预充电电路。

当线路电感足够时，可以选择性的用直流输电线代替第一电感。

当线路电感足够时，可以选择性的用直流输电线代替第三电感。

可以选择性的用直流输电线代替第一电子开关，可以选择性的用直流输电线代替第二机械开关，但是第一电子开关和第二机械开关至少存在一个。

在第一电容两端、第二电容两端第三电容两端和第四电容两端可以并联限压器；在第一连接点和第二连接点之间可以并联限压器。

所述的第一机械开关也可以放置于第一电容支路中：第一机械开关的第二引出端子和第一电容的第一引出端子连接。第一机械开关的第一引出端子、第一电感的第二引出端子和第二机械开关的第一引出端子连接作为第一连接点。第一电容的第二引出端子和接地或中性线连接。

所述的第三机械开关也可以放置于第三电容支路中：第三机械开关的第二引出端子和第三电容的第一引出端子连接。第三机械开关的第一引出端子、第三电子开关的第二引出端子、限压器的第二引出端子和第二电感的第一引出端子连接作为第三连接点。第三电容的第二引出端子和接地或中性线连接。

本发明直流断路器的拓扑结构以中性线或接地点为参考点对称安装的结构形式适用于双极性输电线路。

本发明第一电感和第一电容、第三电感和第二电容、第三电感和第三电容、第三电感和第四电容分别构成一个一阶无源网络结构，但是并不仅限于一阶结构，即并不仅限于只包含一个电感和一个电容，也可以由多个电感和电容或电阻组成多阶类似的结构连接在一起取代本发明中第一电感和第一电容、第三电感和第二电容、第三电感和第三电容、第三电感和第四电容。

当第四电子开关为半控器件时，第三电感和第四电容电路分断故障电流工作过程为：当第二电容电压下降到一定值时，比如80%，触发第四电子开关很短时间后撤掉触发信号，实现第二电感上电流快速过零，进而实现第三机械开关快速断开，基于第二电子开关和第四电子开关的配合，可以在第三机械开关上出现两次电流过零点，在第一次电流过零时，如果第三机械开关还未完全断开，则其还有一次开断的机会。而第三电感上电流由于已撤掉第二电子开关的触发信号也将很快过零关断。整个过程实现时间较短，避免了第二电容和第三电感电流震荡过程导致的关断时间较长的问题。

当第四电子开关为全控器件时，第三电感和第三电容电路分断故障电流工作过程为：当第二电容电压下降到一定值时，比如80%，触发第四电子开关很短时间后撤掉触发信号，实现第二电感上电流快速过零，进而实现第三机械开关快速断开，而第三电感上电流由于已撤销第四电子开关的触发信号将直接断开。整个过程实现时间较短，避免了第二电容和第三电感电流震荡过程导致的关断时间较长的问题。

第二电容、第二电子开关、第三电子开关和限压器支路可以放置于第二连接点之后，也可以放置于第一连接点之前，也可以放置于第四连接点之后，主要目的是为第二机械开关的断开创造过零断开的条件。

本发明的优点：

a.该直流断路器开断更为迅速，能够实现零电弧开断；

b.整个拓扑采用常规部件，制造难度相对较小，可靠性高；

c.该直流断路器能够将短路电流控制在较低的水平，从而保证了系统的安全性；

d.该直流断路器拓扑能够减小短路电流对换流站的影响；

e.更容易与柔性直流输电系统结合，适宜于一体化设计；

f.与纯电力电子开关式直流断路器相比正常工作时的损耗更小。

附图说明

图1为本发明的具体实施例1的电路原理图；

图2为本发明的具体实施例2的电路原理图；

图3为本发明的具体实施例3的电路原理图；

图4为本发明的具体实施例4的电路原理图；

图5为本发明的具体实施例5的电路原理图；

图6为本发明的具体实施例6的电路原理图；

图7为本发明的具体实施例7的电路原理图；

图8为本发明的具体实施例8的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。

实施例1

图1所示为本发明的实施例1。如图1所示，本发明包括第一电感16、第一机械开关17、第一电容24、第二机械开关18、第一电子开关19、第二电容15、第二电子开关13、第三电子开关14、限压器27、第三电容25、第三机械开关20、第二电感21、第四电子开关23、第四电容26和第三电感22。第一电感16的第二引出端子与第一机械开关17的第一引出端子连接，第一电容24的第一引出端子、第一机械开关17的第二引出端子和第二机械开关18的第一引出端子连接作为第一连接点2，第二机械开关18的第二引出端子和第一电子开关19的第一引出端子连接，第一电子开关19的第二引出端子、第二电子开关13的第一引出端子、限压器27的第一引出端子和第二电容15的第一引出端子连接作为第二连接点3，第二电子开关13的第二引出端子和第三电子开关14的第一引出端子连接，限压器27的第二引出端子、第三电子开关14的第二引出端子、第三电容25的第一引出端子和第三机械开关的第一引出端子连接作为第三连接点4，第三机械开关20的第二引出端子和第二电感21的第一引出端子连接，第二电感21的第二引出端子、第四电子开关23的第一引出端子和第三电感22的第一引出端子连接作为第四连接点6，第四电子开关23的第二引出端子与第四电容26的第一引出端子连接，第一电容24的第二引出端子、第二电容15的第二引出端子、第三电容25的第二引出端子、第四电容26的第二引出端子和接地或中性线连接，第一电感16的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第三电感22的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。

如图1所示，在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关17、第二机械开关18、第三机械开关20、第一电子开关19、第二电子开关13和第三电子开关14均处于闭合状态为线路电流提供通路。当检测到线路短路故障或当检测到第三电感22或第一电感16上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第二机械开关18、第一电子开关19、第二电子开关13、第三电子开关14、第一机械开关17和第三机械开关20。在完全断开第二机械开关18之前，第一连接点2与第二连接点3电位差维持在较低的水平，并且第一电感16、第一机械开关17和第一电容24为第一连接点2之前故障电流提供续流通路，第二电容15、第二电子开关13、第三电子开关14、第三机械开关20、第二电感21和第三电感22为第二连接点3之后故障电流提供续流通路，以便于第二机械开关18快速断开。第一机械开关17在电流过零时断开第一连接点2之前故障电流续流回路。第二连接点3之后故障电流回路断开步骤为：通过短时触发第四电子开关23实现第二电感21上电流快速过零，进而实现第三机械开关20的快速断开，通过第二电子开关13、第三电子开关14和第四电子开关23的触发配合，可以实现第三机械开关20上电流两次过零，如果第三机械开关20在电流第一次过零时不能完全断开，则还有一次过零断开的机会。第四连接点6之后的电流回路在电流过零点时自然关断，从而实现对整个故障线路的分断，避免了第二电容15和第三电感22电路震荡导致关断时间较长的问题。

所述的第一电子开关19包括至少一个电力电子全控器件串联组件；第二电子开关13和第三电子开关14包括至少一个电力电子全控或半控器件串联组件；第四电子开关23包括至少一个电力电子半控器件串联组件；所述的第一机械开关17由机械开关模块或者电力电子开关模块组成，所述的第二机械开关18包括至少一个机械开关串联组件；所述的第三机械开关20包括至少一个机械开关串联组件。

实施例2

图2所示为本发明的实施例2。如图2所示，本发明包括第一电感16、第一机械开关17、第一电容24、第二机械开关18、第一电子开关19、第二电容25、第三机械开关20、第二电感21、第二电子开关23、第三电容26和第三电感22。第一电感16的第二引出端子与第一机械开关17的第一引出端子连接，第一电容24的第一引出端子、第一机械开关17的第二引出端子和第二机械开关18的第一引出端子连接作为第一连接点2，第二机械开关18的第二引出端子和第一电子开关19的第一引出端子连接，第一电子开关19的第二引出端子、第三机械开关20的第一引出端子和第二电容25的第一引出端子连接作为第二连接点4，第三机械开关20的第二引出端子和第二电感21的第一引出端子连接，第二电感21的第二引出端子、第二电子开关23的第一引出端子和第三电感22的第一引出端子连接作为第三连接点6，第二电子开关23的第二引出端子与第三电容26的第一引出端子连接，第一电容24的第二引出端子、第二电容25的第二引出端子、第三电容26的第二引出端子与接地或中性线连接，第一电感16的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第三电感22的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。

如图2所示，在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关17、第二机械开关18、第三机械开关20和第一电子开关19均处于闭合状态为线路电流提供通路。当检测到线路短路故障或当检测到第三电感22或第一电感16上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第二机械开关18、第一电子开关19、第一机械开关17和第三机械开关20；在完全断开第二机械开关18之前，第一连接点2与第二连接点4之间电位差维持在较低的水平，并且第一电感16、第一机械开关17和第一电容24为第一连接点2之前故障电流提供续流通路，第二电容25、第三机械开关20、第二电感21、第三电感22为第二连接点4之后故障电流提供续流通路，以便于第二机械开关18快速断开。第一机械开关17在电流过零时断开第一连接点2之前故障电流续流回路。第二连接点4之后故障电流回路断开步骤为：通过短时触发第二电子开关23实现第二电感21上电流的快速过零，进而实现第三机械开关20的快速断开，第三连接点6之后的电流回路在电流过零点时自然关断，从而实现对整个故障线路的分断，避免了第二电容25和第三电感22电路震荡导致关断时间较长的问题。

实施例3

图3所示为本发明的实施例3。如图3所示，本发明包括第一电感16、第一机械开关17、第一电容24、第二机械开关18、第一电子开关19、第二电容15、第二电子开关13、第三电子开关14、限压器27、第三电容25、第三机械开关20和第二电感22。第一电感16的第二引出端子与第一机械开关17的第一引出端子连接，第一电容24的第一引出端子、第一机械开关17的第二引出端子和第二机械开关18的第一引出端子连接作为第一连接点2，第二机械开关18的第二引出端子和第一电子开关19的第一引出端子连接，第一电子开关19的第二引出端子、第二电子开关13的第一引出端子、限压器27的第一引出端子和第二电容15的第一引出端子连接作为第二连接点3，第二电子开关13的第二引出端子和第三电子开关14的第一引出端子连接，限压器27的第二引出端子、第三电子开关14的第二引出端子、第三机械开关20的第一引出端子和第二电感22的第一引出端子连接作为第三连接点4，第三机械开关20的第二引出端子和第三电容25的第一引出端子连接，第一电容24的第二引出端子、第二电容15的第二引出端子、第三电容25的第二引出端子和接地或中性线连接，第一电感16的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第二电感22的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。

如图3所示，在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关17、第二机械开关18、第三机械开关20、第一电子开关19、第二电子开关13和第三电子开关14均处于闭合状态为线路电流提供通路。当检测到线路短路故障或当检测到第二电感22或第一电感16上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第二机械开关18、第一电子开关19、第二电子开关13、第三电子开关14、第一机械开关17和第三机械开关20。在完全断开第二机械开关18之前，第一连接点2与第二连接点3电位差维持在较低的水平，并且第一电感16、第一机械开关17和第一电容24为第一连接点2之前故障电流提供续流通路，第二电容15、第二电子开关13、第三电子开关14、第三机械开关20和第二电感22为第二连接点3之后故障电流提供续流通路，以便于第二机械开关18快速断开。第一机械开关17在电流过零时断开第一连接点2之前故障电流续流回路。第三机械开关20在电流过零时断开第三连接点4之后故障电流续流回路。

实施例4

图4所示为本发明的实施例4，本发明包括第一机械开关18、第一电子开关19、第二电子开关13、第三电子开关14、第一电容15、限压器27、第二电容25、第二机械开关20和第二电感22。第一机械开关18的第二引出端子和第一电子开关19的第一引出端子连接，第一电子开关19的第二引出端子、第一电容15的第一引出端子、限压器27的第一引出端子和第二电子开关13的第一引出端子连接作为第一连接点3，第二电子开关13的第二引出端子与第三电子开关14的第一引出端子连接，第三电子开关14的第二引出端子、限压器27的第二引出端子、第一电感22的第一引出端子和第二机械开关20的第一引出端子连接作为第二连接点4，第二机械开关20的第二引出端子和第二电容25的第一引出端子连接，第一电容15的第二引出端子、第二电容25的第二引出端子和接地或中性线连接，第一机械开关18的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第二电感22的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。

如图4所示，在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关18、第二机械开关20、第二电子开关13、第三电子开关14和第一电子开关19均处于闭合状态为线路电流提供通路。当检测到线路短路故障或当检测到第二电感22上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第二机械开关18、第一电子开关19、第一机械开关18和第二机械开关20。在完全断开第一机械开关18之前，第二机械开关20、第二电感22和第二电容25为第二连接点4之后故障电流提供续流通路，以便于第二机械开关18快速断开。第二机械开关20在电流过零时断开第二接点4之后故障电流续流回路，从而实现对整个故障线路的分断。

当线路电感足够时，用直流输电线代替第一电感22。

可以选择性地用直流输电线代替第一电子开关19。

实施例5

图5为本发明的实施例5，本发明包括第一机械开关18、第一电子开关19、第二机械开关20、第一电感21、第一电容25、第二电容26、第二电子开关23和第二电感22。第一机械开关18的第二引出端子和第一电子开关19的第一引出端子连接，第一电子开关19的第二引出端子、第一电容25的第一引出端子和第二机械开关20的第一引出端子连接作为第一连接点4，第二机械开关20的第二引出端子与第一电感21的第一引出端子连接，第一电感21的第二引出端子、第二电子开关23的第一引出端子和第二电感22的第一引出端子连接作为第二连接点6，第二电子开关23的第二引出端子和第二电容26的第一引出端子连接，第一电容25的第二引出端子、第二电容26的第二引出端子和接地或中性线连接，第一机械开关18的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第二电感22的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。

在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关18、第二机械开关20和第一电子开关19均处于闭合状态为线路电流提供通路。当检测到线路短路故障或当检测到第二电感22上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第一机械开关18、第一电子开关19、和第二机械开关20。在完全断开第一机械开关18之前，第二机械开关20、第一电感21、第二电感22和第一电容25为第一连接点4之后故障电流提供续流通路，以便于第一机械开关18快速断开。第二机械开关20在电流过零时断开第一接点4之后故障电流续流回路，从而实现对整个故障线路的分断。

实施例6

图6所示为本发明的实施例6。如图6所示，本发明包括第一电感16、第一机械开关17、第一电容31、第一电子开关32、第二电子开关33、第二机械开关18、第三电子开关19、第二电容24、第三电容15、第四电子开关13、第五电子开关14、第一限压器34、第二限压器27、第四电容25和第三机械开关20。第一电感16的第二引出端子与第一机械开关17的第一引出端子连接，第一电容31的第一引出端子、第一机械开关17的第二引出端子、第一限压器34的第一引出端子和第一电子开关32的第一引出端子连接作为第一连接点5，第一电子开关32的第二引出端子和第二电子开关33的第一引出端子连接，第二电子开关33的第二引出端子、第二机械开关18的第一引出端子、第一限压器34的第二引出端子和第二电容24的第一引出端子连接作为第二连接点2，第二机械开关18的第二引出端子和第三电子开关19的第一引出端子连接，第三电子开关19的第二引出端子、第三电容的第一引出端子、第二限压器27的第一引出端子和第四电子开关13的第一引出端子连接作为第三连接点3，第四电子开关13的第二引出端子和第五电子开关14的第一引出端子连接，第五电子开关14的第二引出端子、第二限压器27的第二引出端子、第三机械开关20的第一引出端子连接作为第四连接点4，第三机械开关20的第二引出端子和第四电容25的第一引出端子连接，第一电容31的第二引出端子、第二电容24的第二引出端子、第三电容15的第二引出端子、第四电容25的第二引出端子和接地点或中性线连接，第一电感16的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第四连接点4作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。

如图6所示，在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关17、第二机械开关18、第三机械开关20、第一电子开关32、第二电子开关33、第三电子开关19、第四电子开关13和第五电子开关14均处于闭合状态为线路电流提供通路。当检测到线路短路故障或当检测到第三电感22或第一电感16上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第二机械开关18、第三电子开关19、第一电子开关32、第二电子开关33、第四电子开关13、第五电子开关14、第一机械开关17。在完全断开第二机械开关18之前，第二连接点2与第三连接点3电位差维持在较低的水平，并且第一电感16、第一机械开关17、第一电子开关32、第二电子开关33和第二电容24为第二连接点2之前故障电流提供续流通路，第三电容15、第四电子开关13和第五电子开关14为第三连接点3之后故障电流提供续流通路，以便于第二机械开关18快速断开。第一机械开关17在电流过零时断开第二连接点2之前故障电流续流回路。第三机械开关20在电流过零时断开第四连接点4之后故障电流续流回路。

所述的第一电子开关32包括至少一个电力电子全控器件或半控器件或机械开关串联组件；第二电子开关33包括至少一个电力电子全控器件串联组件；第三电子开关19包括至少一个电力电子全控器件串联组件；第五电子开关14包括至少一个电力电子全控器件串联组件，第四电子开关13包括至少一个电力电子全控器件或半控器件或机械开关串联组件；所述的第一机械开关17由机械开关模块或者电力电子开关模块组成，所述的第二机械开关18包括至少一个机械开关串联组件；所述的第三机械开关20包括至少一个机械开关串联组件；第一电感16和第一电容31可以选择性省略。

实施例7

图7为本发明的实施例7，在第一电容24的两端并联限压器31，在第一连接点2和第二连接点3之间并联限压器32，在第二电容15的两端并联限压器30，在第三电容25的两端并联限压器28，在第四电容26的两端并联限压器29。

在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关17、第二机械开关18、第三机械开关20、第一电子开关19、第二电子开关13和第三电子开关14均处于闭合状态为线路电流提供通路。当检测到线路短路故障或当检测到第三电感22或第一电感16上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第二机械开关18、第一电子开关19、第二电子开关13、第三电子开关14、第一机械开关17和第三机械开关20。当第一连接点2和第二连接点3之间的电压超过限压器32的动作电压时，限压器32动作，消耗回路储存的多余能量；当第二连接点3和第三连接点4之间的电压超过限压器27的动作电压时，限压器27动作，消耗回路储存的多余能量；当第一电容24两端电压超过限压器31的动作电压时，限压器31动作，消耗第一电容24上储存的多余能量；当第二电容15两端电压超过限压器30的动作电压时，限压器30动作，消耗第二电容15上储存的多余能量。当第三电容25两端电压超过限压器28的动作电压时，限压器28动作，消耗第三电容25上储存的多余能量。当第四电容26两端电压超过限压器29的动作电压时，限压器29动作，消耗第三电容26上储存的多余能量。

实施例8

图8所示为本发明的实施例8，本实施例包括第一机械开关17、第二机械开关18、第一电子开关19、第二电子开关13、第三电子开关14、第一电容15、限压器27、第二电容25、第三电容28和第三机械开关20。第一机械开关17的第二引出端子、第三电容28的第一引出端子和第二机械开关18的第一引出端子连接，第二机械开关18的第二引出端子和第一电子开关19的第一引出端子连接，第一电子开关19的第二引出端子、第三电容28的第二引出端子、第一电容15的第一引出端子、限压器27的第一引出端子和第二电子开关13的第一引出端子连接作为第一连接点3，第二电子开关13的第二引出端子与第三电子开关14的第一引出端子连接，第三电子开关14的第二引出端子、限压器27的第二引出端子和第三机械开关20的第一引出端子连接作为第二连接点4，第三机械开关20的第二引出端子和第二电容25的第一引出端子连接，第一电容15的第二引出端子、第二电容25的第二引出端子和接地或中性线连接，第一机械开关17的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第二连接点4作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。

如图8所示，在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关17、第二机械开关18、第二电子开关13、第三电子开关14和第一电子开关19均处于闭合状态为线路电流提供通路。当检测到线路短路故障时，立即开始分断第一机械开关17、第二机械开关18、第一电子开关19、第二电子开关13和第三电子开关14。在完全断开第二机械开关18之前，第二电子开关13、第三电子开关14和第一电容15为第一连接点3之后故障电流提供续流通路，以便于第二机械开关18快速断开。第三机械开关20在电流过零时断开第二接点4之后故障电流续流回路，从而实现对整个故障线路的分断。

以上所述为本发明的一些较佳实施例而已，但本发明不应该局限于实施例和附图中所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (13)

1.一种混合型直流断路器，其特征在于：所述的直流断路器由电感（16、21、22）、机械开关（17、18、20）、电容（15、,24、25、26）、电子开关（13、14、19、23）和限压器（27）组成；第一电感（16）的第二引出端子与第一机械开关（17）的第一引出端子连接，第一电容（24）的第一引出端子、第一机械开关（17）的第二引出端子和第二机械开关（18）的第一引出端子连接作为第一连接点（2），第二机械开关（18）的第二引出端子和第一电子开关（19）的第一引出端子连接，第一电子开关（19）的第二引出端子、第二电子开关（13）的第一引出端子、限压器（27）的第一引出端子和第二电容（15）的第一引出端子连接作为第二连接点（3），第二电子开关（13）的第二引出端子和第三电子开关（14）的第一引出端子连接，限压器（27）的第二引出端子、第三电子开关（14）的第二引出端子、第三电容（25）的第一引出端子和第三机械开关（20）的第一引出端子连接作为第三连接点（4），第三机械开关（20）的第二引出端子和第二电感（21）的第一引出端子连接，第二电感（21）的第二引出端子、第四电子开关（23）的第一引出端子和第三电感（22）的第一引出端子连接作为第四连接点（6），第四电子开关（23）的第二引出端子与第四电容（26）的第一引出端子连接，第一电容（24）的第二引出端子、第二电容（15）的第二引出端子、第三电容（25）的第二引出端子、第四电容（26）的第二引出端子和接地或中性线连接，第一电感（16）的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第三电感（22）的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。

2.按照权利要求1所述的直流断路器，其特征在于：在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关（17）、第二机械开关（18）、第三机械开关（20）、第一电子开关（19）、第二电子开关（13）和第三电子开关（14）均处于闭合状态为线路电流提供通路；当检测到线路短路故障或当检测到第三电感（22）或第一电感（16）上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第二机械开关（18）、第一电子开关（19）、第二电子开关（13）、第三电子开关（14）、第一机械开关（17）和第三机械开关（20）；在完全断开第二机械开关（18）之前，第一连接点（2）与第二连接点（3）电位差维持在较低的水平，并且第一电感（16）、第一机械开关（17）和第一电容（24）为第一连接点（2）之前故障电流提供续流通路，第二电容（15）、第二电子开关（13）、第三电子开关（14）、第三机械开关（20）、第二电感（21）和第三电感（22）为第二连接点（3）之后故障电流提供续流通路，以便于第二机械开关（18）快速断开。第一机械开关（17）在电流过零时断开第一连接点（2）之前故障电流续流回路。第二连接点（3）之后故障电流回路断开步骤为：通过短时触发第四电子开关（23）实现第二电感（21）上电流快速过零，进而实现第三机械开关（20）的快速断开；第四连接点（6）之后的电流回路在电流过零点时自然关断，从而实现对整个故障线路的分断。

3.按照权利要求1所述的直流断路器，其特征在于：所述的第一电子开关（19）包括至少一个电力电子全控器件串联组件；第三电子开关（14）包括至少一个电力电子全控器件串联组件，第二电子开关（13）包括至少一个电力电子全控器件或半控器件或机械开关串联组件；第四电子开关（23）包括至少一个电力电子半控器件串联组件；所述的第一机械开关（17）由机械开关模块或者电力电子开关模块组成，所述的第二机械开关（18）包括至少一个机械开关串联组件；所述的第三机械开关（20）包括至少一个机械开关串联组件。

4.一种混合型直流断路器，其特征在于：所述的直流断路器包括第一电感（16）、第一机械开关（17）、第一电容（24）、第二机械开关（18）、第一电子开关（19）、第二电容（15）、第二电子开关（13）、第三电子开关（14）、限压器（27）、第三电容（25）、第三机械开关（20）和第二电感（22）；第一电感（16）的第二引出端子与第一机械开关（17）的第一引出端子连接，第一电容（24）的第一引出端子、第一机械开关（17）的第二引出端子和第二机械开关（18）的第一引出端子连接作为第一连接点（2），第二机械开关（18）的第二引出端子和第一电子开关（19）的第一引出端子连接，第一电子开关（19）的第二引出端子、第二电子开关（13）的第一引出端子、限压器（27）的第一引出端子和第二电容（15）的第一引出端子连接作为第二连接点（3），第二电子开关（13）的第二引出端子和第三电子开关（14）的第一引出端子连接，限压器（27）的第二引出端子、第三电子开关（14）的第二引出端子、第二电感（22）的第一引出端子和第三机械开关（20）的第一引出端子连接作为第三连接点（4），第三机械开关（20）的第二引出端子和第三电容（25）的第一引出端子连接，第一电容（24）的第二引出端子、第二电容（15）的第二引出端子、第三电容（25）的第二引出端子和接地或中性线连接，第一电感（16）的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第二电感（22）的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。

5.按照权利要求4所述的直流断路器，其特征在于：在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关（17）、第二机械开关（18）、第一电子开关（19）、第二电子开关（13）和第三电子开关（14）均处于闭合状态为线路电流提供通路；当检测到线路短路故障或当检测到第二电感（22）或第一电感（16）上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第二机械开关（18）、第一电子开关（19）、第二电子开关（13）、第三电子开关（14）和第一机械开关（17）；在完全断开第二机械开关（18）之前，第一连接点（2）与第二连接点（3）电位差维持在较低的水平，并且第一电感（16）、第一机械开关（17）和第一电容（24）为第一连接点（2）之前故障电流提供续流通路，第二电容（15）、第二电子开关（13）、第三电子开关（14）和第二电感（22）为第二连接点（3）之后故障电流提供续流通路，以便于第二机械开关（18）快速断开；第一机械开关（17）在电流过零时断开第一连接点（2）之前故障电流续流回路；第三机械开关（20）在电流过零时断开第三连接点（4）之后故障电流续流回路。

6.一种混合型直流断路器，其特征在于：所述的直流断路器包括第一机械开关（18）、第一电子开关（19）、第二电子开关（13）、第三电子开关（14）、第一电容（15）、限压器（27）、第二电容（25）、第二机械开关（20）和第二电感（22）；第一机械开关（18）的第二引出端子和第一电子开关（19）的第一引出端子连接，第一电子开关（19）的第二引出端子、第一电容（15）的第一引出端子、限压器（27）的第一引出端子和第二电子开关（13）的第一引出端子连接作为第一连接点（3），第二电子开关（13）的第二引出端子与第三电子开关（14）的第一引出端子连接，第三电子开关（14）的第二引出端子、限压器（27）的第二引出端子、第二电感（22）的第一引出端子和第二机械开关（20）的第一引出端子连接作为第二连接点（4），第二机械开关（20）的第二引出端子和第二电容（25）的第一引出端子连接，第一电容（15）的第二引出端子、第二电容（25）的第二引出端子和接地或中性线连接，第一机械开关（18）的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第二电感（22）的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接；在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关（18）、第二电子开关（13）、第三电子开关（14）和第一电子开关（19）均处于闭合状态为线路电流提供通路。

7.按照权利要求6所述的直流断路器，其特征在于：当检测到线路短路故障或当检测到所述的第二电感（22）上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第一机械开关（18）、第一电子开关（19）、第二电子开关（13）和第三电子开关（14）；在完全断开第一机械开关（18）之前，第二机械开关（20）、第二电感（22）和第二电容（25）为第二连接点（4）之后故障电流提供续流通路，当第二连接点（4）电压下降到一定程度时，触发限压器（27）工作，开始对第一电容（15）放电，此过程便于第一机械开关（18）快速断开；第二机械开关（20）在电流过零时断开第二接点（4）之后故障电流续流回路，从而实现对整个故障线路的分断。

8.一种混合型直流断路器，其特征在于：所述的直流断路器包括第一机械开关（18）、第一电子开关（19）、第二机械开关（20）、第一电感（21）、第一电容（25）、第二电容（26）、第二电子开关（23）和第二电感（22）；第一机械开关（18）的第二引出端子和第一电子开关（19）的第一引出端子连接，第一电子开关（19）的第二引出端子、第一电容（25）的第一引出端子和第二机械开关（20）的第一引出端子连接作为第一连接点（4），第二机械开关（20）的第二引出端子与第一电感（21）的第一引出端子连接，第一电感（21）的第二引出端子、第二电子开关（23）的第一引出端子和第二电感（22）的第一引出端子连接作为第二连接点（6），第二电子开关（23）的第二引出端子和第二电容（26）的第一引出端子连接，第一电容（25）的第二引出端子、第二电容（26）的第二引出端子和接地或中性线连接，第一机械开关（18）的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第二电感（22）的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。

9.按照权利要求8所述的直流断路器，其特征在于：在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关（18）、第二机械开关（20）和第一电子开关（19）均处于闭合状态为线路电流提供通路；当检测到线路短路故障或当检测到第二电感（22）上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第一机械开关（18）、第一电子开关（19）、和第二机械开关（20）；在完全断开第一机械开关（18）之前，第二机械开关（20）、第一电感（21）、第二电感（22）和第一电容（25）为第一连接点（4）之后故障电流提供续流通路，以便于第一机械开关（18）快速断开；第二机械开关（20）在电流过零时断开第一连接点（4）之后故障电流续流回路，从而实现对整个故障线路的分断。

10.按照权利要求1所述的直流断路器，其特征在于：第二电子开关（13）、第三电子开关（14）和限压器（27）可以用直流输电线代替。

11.按照权利要求1所述的直流断路器，其特征在于：所述的第一电容（24）、第二电容（15）、第三电容（25）和第四电容（26）含有预充电电路。

12.按照权利要求1所述的直流断路器，其特征在于：可以在第一电容（24）两端、第二电容（15）两端、第三电容（25）两端和第四电容（26）两端并联限压器；在第一连接点（2）和第二连接点（3）之间并联限压器。

13.按照权利要求1所述的直流断路器，其特征在于：所述的第三机械开关（20）放置于第三电容（25）支路中；第三机械开关（20）的第二引出端子和第三电容（25）的第一引出端子连接；第三机械开关（20）的第一引出端子、第三电子开关（14）的第二引出端子、限压器（27）的第二引出端子和第二电感（21）的第一引出端子连接作为第三连接点（4）。

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