CN105024369A - 一种适用于混合式直流断路器的电流转移装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于混合式直流断路器的电流转移装置及方法，该装置包括：预充电电容、快速导通开关、原边线圈和副边线圈，其中所述预充电电容通过所述快速导通开关与所述原边线圈构成电气回路，所述副边线圈的两端作为装置的引出端子，以连接到混合式直流断路器中。本发明提供的电流转移装置及方法，能在混合式直流断路器开断电流时，保证机械开关支路电流快速可靠转移到固态直流断路器支路，最后由固态直流断路器开断电流。与现有技术相比，本发明实施简单、成本低且能够降低正常运行时混合式直流断路器的运行损耗。

Description

一种适用于混合式直流断路器的电流转移装置及方法

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种适用于混合式直流断路器的电流转移装置及方法。

背景技术

基于电压源型换流站的多端直流输电系统的快速发展亟需直流断路器能够快速隔离直流侧故障线路，保证各换流站向正常线路的可靠供电。目前直流断路器主要有人工过零式和混合式直流断路器两种实现方式。其中混合式直流断路器以其可控性高的特点而受到广泛关注。

混合式直流断路器主要包括快速机械开关支路和固态直流断路器支路。当线路正常时，电流由机械开关支路导通；一旦检测到线路故障，电流需由快速机械开关支路可靠转移至固态直流断路器支路，最后由固态直流断路器开断电流。虽然，固态直流断路器可单独实现开断直流的功能，但其运行损耗较大，而混合式直流短路器可有效降低运行损耗。

混合式直流断路器开断电流时，电流能够由机械开关支路向固态直流断路器支路的快速可靠转移是混合式直流断路器能够成功开断电流的前提条件。因此针对混合式直流断路器电流转移方法的研究具有重要意义。

目前，混合式直流断路器的电流转移是靠辅助电子开关实现的。图1示出了现有混合式直流断路器的结构示意图。如图1所示，辅助电子开关与快速机械开关串联组成机械开关支路。当线路正常工作时，电流通过机械开关支路；一旦检测到故障，同时给固态直流断路器发导通命令，给辅助电子开关发关断命令，依靠辅助电子开关关断时产生的瞬态恢复电压使固态直流断路器导通，从而实现电流的可靠转移。该方案中，辅助电子开关长期导通电流，从而导致了混合式直流断路器运行损耗的增加，且需为其加装散热装置；辅助电子开关需要由多个全控型器件的串并联组成以具有导通并关断双向电流的能力，其成本较高；辅助电子开关的关断与固态直流断路器的导通需合理配合，从而将辅助电子开关关断时的瞬态恢复电压上升率和固态直流断路器导通时的电流上升率同时限制在合理的水平。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种适用于混合式直流断路器的电流转移装置。

本发明的第二个目的在于提出一种适用于混合式直流断路器的电流转移方法。

为了实现上述目的，本发明的一方面的实施例公开了一种适用于混合式直流断路器的电流转移装置，包括：预充电电容、快速导通开关、原边线圈和副边线圈，其中所述预充电电容通过所述快速导通开关与所述原边线圈构成电气回路，所述副边线圈的两端作为装置的引出端子，以连接到混合式直流断路器中。

根据本发明实施例的适用于混合式直流断路器的电流转移装置，能够在降低混合式直流断路器运行损耗及成本的前提下，保证电流从机械开关支路可靠转移至固态直流断路器支路。

另外，根据本发明上述实施例的适用于混合式直流断路器的电流转移装置，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述原边线圈和所述副边线圈电气耦合。

进一步地，所述快速导通开关的动作时间小于10微秒。

进一步地，所述原边线圈和所述预充电电容的电气公共端与所述副边线圈的一端连接；所述预充电电容采用悬浮供电方式；根据所述预充电电容的最高电压设计所述原边线圈和所述副边线圈之间的绝缘强度。

进一步地，所述原边线圈与所述预充电电容的电气公共端接地；所述预充电电容采用直接供电方式，根据所述系统电压等级设计所述原边线圈和所述副边线圈之间的绝缘强度。

为了实现上述目的，本发明的一方面的实施例公开了一种适用于混合式直流断路器的电流转移方法，包括上述适用于混合式直流断路器的电流转移装置，还包括以下步骤：所述快速导通开关在混合式直流断路器中机械开关动静触头拉开一定距离时快速导通；所述快速导通开关导通时，所述预充电电容通过所述原边线圈放电，在所述副边线圈中激发出时变磁通，并在所述副边线圈上感应出电动势；所述副边线圈上感应出的所述电动势强迫混合式直流断路器中流过机械开关支路的电流过零，机械开关熄灭电弧，电流被转移至固态直流断路器支路。

根据本发明实施例的适用于混合式直流断路器的电流转移方法，能够在降低混合式直流断路器运行损耗及成本的前提下，保证电流从机械开关支路可靠转移至固态直流断路器支路。

另外，根据本发明上述实施例的适用于混合式直流断路器的电流转移方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述副边线圈串联在所述混合式直流断路器的机械开关支路，线路正常时所述副边线圈中有电流通过。

进一步地，所述副边线圈串联在所述混合式直流断路器的固态直流断路器支路，线路正常时所述副边线圈中无电流通过。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出现有技术中使用辅助电子开关实现电流转移的混合式直流断路器的结构示意图；

图2示出本发明实施例提供的一种适用于混合式直流断路器的电流转移装置的结构示意图；

图3示出本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移装置的另一个具体实施例的结构示意图；

图4示出本发明实施例提供的一种适用于混合式直流断路器的电流转移方法的结构示意图；

图5示出本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移方法的另一个具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的适用于混合式直流断路器的电流转移装置及方法。

图2示出本发明实施例提供的一种适用于混合式直流断路器的电流转移装置的结构示意图。

如图2所示，适用于混合式直流断路器的电流转移装置200包括：预充电容201、快速导通开关202、原边线圈203和副边线圈204；其中预充电电容201通过所述快速导通开关202与原边线圈203构成电气回路，副边线圈204两端作为装置的引出端子，以连接到混合式直流断路器中。

本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移装置的具体实施例中，原边线圈203和副边线圈204在电气上是相互耦合的；例如，原边线圈203和副边线圈204为同轴分层绕制的两个线圈。

本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移装置的一个具体实施例中，快速导通开关202处于断开状态时能耐受预充电电容201上的充电电压，并能在接收到导通命令后几us的时间内导通；例如，快速导通开关202可采用晶闸管或真空触发间隙，当其处于断开状态时，预充电电容201上几kV的电压不会导致其击穿，且其动作时间为us级。

本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移装置的一个具体实施例中，原边线圈203与预充电电容201的电气公共端与副边线圈204的一端连接在一起，预充电电容201采用悬浮供电方式，原边线圈203和副边线圈204之间的绝缘强度按预充电电容201上可能的最高电压设计。例如，预充电电容201供电采用无线供电方式，预充电电容上电压最高为几kV。

图3示出本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移装置的另一个具体实施例的结构示意图。

如图3所示，适用于混合式直流断路器的电流转移装置300包括：预充电容301、快速导通开关302、原边线圈303和副边线圈304；其中预充电电容301、快速导通开关302、原边线圈303和副边线圈304可以分别具有与图2所示的预充电电容201、快速导通开关202、原边线圈203和副边线圈204相同或相似的结构，为了简洁起见，这里不再赘述其技术内容。

本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移装置的一个具体实施例中，原边线圈303与预充电电容301的电气公共端接地，预充电电容301采用直接供电方式，原边线圈303和副边线圈304之间的绝缘强度按系统电压等级设计。例如，系统电压等级为40kV，原边线圈303和副边线圈304之间的空间距离比较大。

图4示出本发明实施例提供的一种适用于混合式直流断路器的电流转移方法的结构示意图。

如图4所示，适用于混合式直流断路器的电流转移方法400，其采用前述任意一种适用于混合式直流断路器的电流转移装置实现混合式直流断路器中的电流转移；该方法包括：

快速导通开关402在混合式直流断路器中机械开关动静触头拉开一定距离时快速导通；快速导通开关402导通时，预充电电容401通过原边线圈403放电，在副边线圈404中激发出时变磁通，并在副边线圈404上感应出电动势；副边线圈404上感应出的电动势强迫混合式直流断路器中流过机械开关支路的电流过零，机械开关熄灭电弧，电流被可靠转移至固态直流断路器支路。

本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移方法的一个具体实施例中，副边线圈串联403在混合式直流断路器的机械开关支路，线路正常时副边线圈403中有电流通过。

如图5所示，适用于混合式直流断路器的电流转移方法500，其采用前述任意一种适用于混合式直流断路器的电流转移装置实现混合式直流断路器中的电流转移；该方法可以具有与图4所示方法相同或相似的过程，为了简洁起见，此处不再赘述其技术内容。

本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移方法的一个具体实施例中，副边线圈串联503在混合式直流断路器的固态直流断路器支路，线路正常时副边线圈503中无电流通过。

参考前述本发明示例性的描述，本领域技术人员应该可以清楚的知晓本发明具有以下优点：

1.本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移装置的一个实施例，具有实施简单、成本低的特点。

2.本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移方法的一个实施例，能够省掉混合式直流断路器中的辅助电子开关及其散热装置，降低混合式直流断路器的成本。

3.本发明提供的适用于混合式直流断路器的电流转移方法的一个实施例，能够降低线路正常时混合式直流断路器的运行损耗，降低运行成本。

另外，本发明实施例的适用于混合式直流断路器的电流转移装置及方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种适用于混合式直流断路器的电流转移装置，其特征在于，包括：预充电电容、快速导通开关、原边线圈和副边线圈，其中

所述预充电电容通过所述快速导通开关与所述原边线圈构成电气回路，所述副边线圈的两端作为装置的引出端子，以连接到混合式直流断路器中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述原边线圈和所述副边线圈电气耦合。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述快速导通开关的动作时间小于10微秒。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述原边线圈和所述预充电电容的电气公共端与所述副边线圈的一端连接；所述预充电电容采用悬浮供电方式；根据所述预充电电容的最高电压设计所述原边线圈和所述副边线圈之间的绝缘强度。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述原边线圈与所述预充电电容的电气公共端接地；所述预充电电容采用直接供电方式；根据系统电压等级设计所述原边线圈和所述副边线圈之间的绝缘强度。

6.一种适用于混合式直流断路器的电流转移方法，其特征在于，包括如权利要求1-5中任意一项所述的装置，还包括以下步骤：

所述快速导通开关在混合式直流断路器中机械开关动、静触头拉开一定距离时快速导通；

所述快速导通开关导通时，所述预充电电容通过所述原边线圈放电，在所述副边线圈中激发出时变磁通，并在所述副边线圈上感应出电动势；

所述副边线圈上感应出的所述电动势强迫混合式直流断路器中流过机械开关支路的电流过零，机械开关熄灭电弧，电流被转移至固态直流断路器支路。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述副边线圈串联在所述混合式直流断路器的机械开关支路，线路正常时所述副边线圈中有电流通过。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述副边线圈串联在所述混合式直流断路器的固态直流断路器支路，线路正常时所述副边线圈中无电流通过。