CN106549357A - 一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法 - Google Patents

一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106549357A
CN106549357A CN201610993328.7A CN201610993328A CN106549357A CN 106549357 A CN106549357 A CN 106549357A CN 201610993328 A CN201610993328 A CN 201610993328A CN 106549357 A CN106549357 A CN 106549357A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
current
power semiconductor
transfer
arrester
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610993328.7A
Other languages
English (en)
Inventor
荣命哲
吴翊
吴益飞
杨飞
纽春萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201610993328.7A priority Critical patent/CN106549357A/zh
Publication of CN106549357A publication Critical patent/CN106549357A/zh
Priority to US15/493,287 priority patent/US10297402B2/en
Priority to EP17168291.7A priority patent/EP3321949B1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/05—Details with means for increasing reliability, e.g. redundancy arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/021—Current limitation using saturable reactors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/045—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage adapted to a particular application and not provided for elsewhere
    • H02H9/047—Free-wheeling circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/021—Details concerning the disconnection itself, e.g. at a particular instant, particularly at zero value of current, disconnection in a predetermined order

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明公开揭示了一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法。所述直流断路器包括主电流电路和转移电流电路，主电流电路包含快速机械开关或者机械开关与电力电子器件的组合，转移电流电路包含避雷器和互感器。互感器产生的电压可以直接将电流转移至避雷器，省去了电流向电容器或者电力电子器件转移的过程，具有高限流或高开断速度。电容充电单元与直流系统的隔离，显著减小充电单元的电压等级与体积，提高了动作可靠性。在转移电流电路互感器的原边侧使用功率半导体器件或触发间隙组成桥式电路，实现双向电流转移，桥式电路的耐压和成本低。

Description

一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法
技术领域
本发明属于中高压断路器领域。特别地，涉及一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法。
背景技术
随着直流电力系统容量的不断提升，直流输变电技术蓬勃发展，同时也对系统稳定和安全提出了更高的要求。在电力系统可能会发生的各种故障里面，对于电网危害最大，发生概率很高的就是短路故障。由于直流系统短路电流峰值在很短的时间内就会上升至很高的水平，因此其短路故障的切除和保护是直流系统发展面临的重要问题。直流分断的难点主要体现在两个方面：一是直流电流不像交流电流那样有自然过零点，所以电流过零非常困难，需要人为创造电流过零点；二是短路电流分断过程中直流断路器需要吸收巨大的能量。目前常用的方法是通过转移电容器或者可关断电力电子器件建立反向电压来实现电流开断，对于转移电容器方案，其主要的缺陷是体积大、小电流分断时间长、需要复杂的充放电设备；对于可关断电力电子器件方案，其主要问题是控制复杂、成本高、需要复杂的水冷系统等。因此，如何简化直流断路器结构，降低成本和体积，提高转移效率，实现不同等级电流的快速开断已经成为制约直流断路器发展的核心问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种磁脉冲感应转移式直流断路器，所述断路器包括主电流电路、转移电流电路和接入端口。
所述主电流电路由机械开关、电力电子器件以及限流器中的一个或多个串联或者并联组成，用于连续承载电流或者临时导通电流。
所述转移电流电路，用于承受从主电流电路转移过来的电流，包括第一电路和第二电路；所述第一电路包括副边电感器和避雷器，所述副边电感器与避雷器相串联；所述第二电路包括第三电路，所述地三电路由预充电电容和电感相串联组成；所述第二电路还包括第一功率半导体器件、第二功率半导体器件、第三功率半导体器件、第四功率半导体器件和原边电感器；所述第一至第四功率半导体器件和所述第三电路组成桥式电路，所述桥式电路与所述原边电感器串联；所述原边电感器和副边电感器组成互感器；所述接入端口用于和外部相连接。
优选地，所述机械开关包括基于弹簧机构的普通机械开关、基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关中的一种；
优选地，所述限流器包括超导故障限流器、液态金属限流器、PTC限流器中的一种。
优选地，所述避雷器由氧化锌避雷器、管型避雷器或者阀型避雷器的一个或者多个串并联。
优选地，所述第一电路与主电流电路并联，所述第二电路与第一电路之间选择绝缘或者不绝缘。
优选地，所述原边电感器和副边电感器为空心电感器或含磁芯的电感器，由一个或多个电感串联或并联组成。
优选地，所述第一至第四功率半导体器件和所述第三电路组成桥式电路，所述桥式电路与所述原边电感器串联的连接关系为：所述第一功率半导体器件与所述第二功率半导体器件串联；所述第三功率半导体器件与所述第四功率半导体器件串联；所述第一功率半导体器件与所述第二功率半导体器件之间具有第一端点；所述第三功率半导体器件与所述第四功率半导体器件之间具有第二端点；所述第三电路连接于所述第一端点和所述第二端点之间；所述第一功率半导体器件的第一端与所述原边电感器的第一端以及所述第三功率半导体器件的第一端连接；所述第一功率半导体器件的第二端与所述第二功率半导体器件的第一端和所述第三电路的第一端连接；所述第三电路的第二端与所述第三功率半导体器件的第二端连接和所述第四功率半导体器件的第一端连接；所述第二功率半导体器件的第二端与所述原边电感器的第二端以及所述第四功率半导体器件的第二端连接。
优选地，所述第一至第四功率半导体器件包括：电力二极管、晶闸管、IGBT、IGCT中的一个或多个串并联组合。
本法明还提出一种磁脉冲感应转移式直流断路器的使用方法，所述方法包括：
正常工作状态下，电流从所述磁脉冲感应转移式直流断路器中的主电流电路中流过；此时，所述转移电流电路中的避雷器、第一至第四功率半导体器件处于关断状态，所述第一电路和所述第二电路中均没有电流流过；
当所述磁脉冲感应转移式直流断路器需要动作时，通过测量所述主电流电路的电流幅值和变化率，确定所述转移电流电路中功率半导体器件或触发间隙以及主电流电路中的机械开关、功率半导体器件是否动作以及相应的动作时序。
本法明还提出一种磁脉冲感应转移式直流断路器的使用方法，所述方法包括如下步骤：
步骤0，系统正常运行，所述主电流电路导通，所述第一至第四功率半导体器件断开，电流全部从所述主电流电路中的机械开关流过。
步骤1，系统发生短路故障，所述主电流电路中电流开始上升；当所述主电流电路中的电流超过系统短路阈值时，控制器向主电流回路机械开关发出分闸信号；由于机械开关动作有延时，此时尚未形成断口。
步骤2，所述第二至第三功率半导体器件导通，预充电的第三电路与原边电感器形成放电回路；同时，在互感作用下，所述第一电路的副边电感器两端产生快速上升的电压，直至避雷器导通；主电流回路电流逐渐向所述转移电流电路的第一电路转移。
步骤3，主回路电流全部转移到转移电流电路中的第一电路；随后机械开关触头两端形成断口；
步骤4，由于避雷器导通电压高于系统高电压，转移电流电路电流快速下降至零，开断结束；
步骤5，转移电流电路第二电路电流快速降为零。
本法明还提出一种磁脉冲感应转移式直流断路器的使用方法，所述方法包括如下步骤：
S1、根据主电流电路的电流幅值和变化率或者根据接收到的外部转移指令，判断是否出现短路故障，若是，向主电流电路中的机械开关发出分闸信号；
S2、根据所述电路电流流动方向，导通第一与第四功率半导体器件(B1，B4)或第二与第三功率半导体器件(B2，B3)，所述导通后的半导体器件(B1，B4；B2，B3)与第三电路(A3)和电感组成放电回路；副边电感器(L0)两端产生上升的电压，直至所述避雷器导通，主电流电路中的电流逐渐向所述第一电路转移；
S3、当主电路电流中的电流完全转移后，所述避雷器两端建立电压，完成电流限制或者分断功能。
本发明具有如下有益效果：
1)通过互感器产生的电压可以直接将电流转移至避雷器，省去了电流向电容器或者电力电子器件转移的过程，具有高限流或者开断速度，可靠性远高于传统的技术。
2)实现电容充电单元与直流系统的隔离，显著减小充电单元的电压等级与体积，提高了动作可靠性。
3)在转移电流电路互感器的原边侧使用功率半导体器件或触发间隙组成桥式电路，实现双向电流转移，桥式电路的耐压和成本低。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器的结构示意图；
图2是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器的单向工作时的结构示意图；
图3是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器的另一种单向工作时的结构示意图；
图4是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器电流标志示意图；
图5(a)-(c)是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器的转移电流时各电路电流流向示意图；
图6是根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器对应于图5的转移电流时各电路中电流变化曲线图；
图7至图12均为根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器图；
图13是根据本公开一个实施例中的双向分断的混合式断路器的分断方法的步骤示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图1-13，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
以下详细描述实际上仅是示例性的而并不意欲限制应用和使用。此外，并不意欲受以上技术领域、背景、简要概述或以下详细描述中呈现的任何明确或暗示的理论约束。除非明确地具有相反的描述，否则词语“包括”及其不同的变型应被理解为隐含包括所述的部件但不排除任意其他部件。
在一个实施例中，本公开揭示了一种磁脉冲感应转移式直流断路器，所述电路包括主电流电路、转移电流电路和接入端口；
所述主电流电路用于连续承载电流或者临时导通电流；
所述转移电流电路用于承受从主电流电路转移过来的电流；
所述接入端口用于和外部系统相连接。
本实施例中，利用互感器和避雷器串联实现电流的快速转移和开断，省去了利用电容器或者电力电子器件建立电压将系统电流转移至避雷器的过程。通过控制与直流系统隔离的互感器原边侧电容放电，使其产生脉冲电流，同时与直流系统连接的互感器副边侧感应出高电压使得避雷器导通形成脉冲电流，利用该电流来抵制主电流电路电流，使电流从主电流电路向包含避雷器和互感器的转移电路转移，进而利用避雷器完成电流的开断或限制。
在一个实施例中，所述主电流电路由机械开关、电力电子器件以及限流器中的一个或多个串联或者并联组成。
在一个实施例中，所述主电流电路可以连续承载或临时导通电流，主电流电路包含机械开关、电力电子器件、限流器、导线中的一个或多个串并联组合，主电流电路作为本专利转移电路中的被转移部分，其两端引出作为本专利对外部系统的接入端口。
在一个实施例中，所述转移电流电路包括第一电路和第二电路；
所述第一电路包括副边电感器和避雷器，所述副边电感器与避雷器相串联；
所述第二电路包括预充电电容、电感、晶闸管B1-B4和原边电感器；
所述预充电电容和电感相串联组成第三电路A3；
所述晶闸管B1至B4包括功率半导体或者触发间隙；
所述晶闸管B1至B4相串联组成回路后与原边电感器相串联；
所述晶闸管B1至B4和第三电路A3组成桥式电路；
所述原边电感器和副边电感器组成互感器。
当然，晶闸管可以使用电力二极管、晶闸管、IGBT、IGCT替代。
在本实施例中，所述转移电流电路具有承受从主电流电路所转移电流的能力，包含由副边电感器和避雷器。副边电感器、避雷器串联组成的第一电路；由预充电电容或超导电感组成的第三电路A3、功率半导体器件或触发间隙组成的B1-B4和原边电感器L0串联组成的第二电路，所述原边电感器和副边电感器组成互感器，所述第一电路与主电流电路并联，所述第二电路与第一电路可以绝缘，也可以不绝缘。
根据电流方向不同，为实现转移双向电流，在转移电流电路互感器的原边侧使用功率半导体器件或触发间隙组成桥式电路。
电流转移之前，电流从所述主电流电路中机械开关A1中流过；此时，所述转移电流电路中电力电子器件、触发开关器件和晶闸管B1至B4处于关断状态，所述转移电流电路中第一电路和第二电路均没有电流流过。
在一个实施例中，所述第一电路与主电流电路并联，所述第二电路与第一电路之间选择绝缘或者不绝缘。
进一步的，所述原边电感器和副边电感器为空心电感器或含磁芯的电感器，由一个或多个电感串联或并联组成。
进一步的，所述避雷器由氧化锌避雷器、管型避雷器或者阀型避雷器的一个或者多个串并联。
进一步的，所述机械开关包括基于弹簧机构的普通机械开关、基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关中的一种。
所述限流器包括超导故障限流器SFCL、液态金属限流器LMFCL、PTC限流器中的一种。
进一步的，所述功率半导体器件包括电力二极管、晶闸管、IGBT、IGCT中的一个或多个串并联组合。
在一个实施例中，正常工作状态下，所述电路中的电流从主电流电路中流过，此时，所述转移电流电路中的避雷器、晶闸管B1至B4处于关断状态，第一电路和第二电路中均没有电流流过。
当所述磁脉冲感应转移式直流断路器需要动作时，通过测量所述主电流电路的电流幅值和变化率确定所述转移电流电路中功率半导体器件或触发间隙以及主电流电路中的机械开关、功率半导体器件是否动作以及相应的动作时序。
在一个实施例中，本公开揭示了一种磁脉冲感应转移式直流断路器，所述感应电流转移方法包括以下步骤：
S1、根据主电流电路的电流幅值和变化率或者根据接收到的外部转移指令，判断出现短路故障，向主电流电路中的机械开关发出分闸信号；
S2、根据电流流动方向，导通晶闸管B1至B4中的任意两个晶闸管，与第三电路A3和电感组成放电回路；同时，副边电感器两端产生上升的电压，直至避雷器导通，主电流电路中的电流逐渐向第一电路转移；
S3、当主电路电流中的电流完全转移后，避雷器两端建立电压，能够完成电流限制或者分断功能。
本实施例所述的感应电流转移方法可以实现多种工程应用功能，如直流断路器、交流快速断路器、交、直流限流器。本公开一方面可以将主回路电流直接转移至避雷器，直接建立开断电压完成电流开断和限制，省去了主回路电流向电容器或者电力电子器件转移的中间过程。同时，互感器原边电容充电单元与直流系统隔离，显著减小充电单元的电压等级与体积，提高开断的可靠性。此外，在转移电流电路互感器的原边侧使用功率半导体器件或触发间隙组成桥式电路，可以实现双向电流转移，桥式电路的耐压和成本低。本公开的感应电流转移方法电路简单、部件少，反应时间短，提高了实际应用的灵敏性和可靠性。
在一个实施例中，本公开公开了一种磁脉冲感应转移式直流断路器，如图1所示的根据本公开一个实施例的磁脉冲感应转移式直流断路器结构示意图，其包括主电流电路以及转移电流电路。为了更好的说明转移电路工作过程，本文给出了直流电流按照某一方向流入流出本公开的方向示意图，如图2所示。图2中可能存在的功率半导体器件的电流方向与图中机械开关A1、晶闸管B2和B3的箭头方向一致。图3给出了直流电流按照另一方向流入流出本公开的示意图。
参见图1、2、3公开的磁脉冲感应转移式直流断路器，磁脉冲感应转移式直流断路器包括主电流电路、转移电流电路以及与外部系统相连接的端部，所述主电流电路和转移电流电路并联。
所述主电流电路可以为机械开关、电力电子器件以及限流器中的一个或多个串并联组合。
所述转移电流电路包括由副边电感器L1和避雷器串联组成的第一电路。由预充电电容或超导电感组成的第三电路A3，功率半导体器件或触发间隙组成的B1一B4和原边电感器L0串联组成的第二电路，所述原边电感器和副边电感器组成互感器，所述第一电路与主电流电路并联，所述第二电路与第一电路可以绝缘。
根据电流方向不同，为实现双向电流转移，在转移电流电路互感器的原边侧使用功率半导体器件或触发间隙组成桥式电路。
正常工作状态下，电流从所述主电流电路中机械开关A1中流过；此时，所述转移电流电路中电力电子器件、触发开关器件和晶闸管B1至B4处于关断状态，所述转移电流电路中第一电路和第二电路均没有电流流过。
当所述磁脉冲感应转移式直流断路器应用于直流断路器，并需要其转移电流时，通过测量所述主电流电路的电流幅值和变化率确定所述转移电流电路中功率半导体器件或触发间隙以及主电流电路中的机械开关、功率半导体器件是否动作以及相应的动作时序。
其中，所述机械开关可为基于弹簧机构的普通机械开关、基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关；所述限流器包括但不限于超导故障限流器SFCL、液态金属限流器LMFCL、PTC限流器；所述功率半导体器件包括但不限于电力二极管、晶闸管、IGBT、IGCT中的一个或任意多个串联或并联组合。
其中，组成互感器的原边电感器和副边电感器为空心电感或含磁芯的电感器，原边和副边可以采用一个或者多个电感串联或者并联。所述转移电流第二电路由功率电力电子器件或触发间隙B1-B4组成桥式电路。
图4给出了转移电流电路各支路电流标志，其中i0为转移电流第二电路中流经第三电路A3和原边电感器L0上的电流，i1为流经主电流电路的电流，i2为转移电流第一电路中与副边电感器L1的电流。
在主电流电路中，以电流从左向右流动为例，图5给出了转移电流时各支路电流方向，具体的为对应从t1到t5各时刻的各支路电流方向。图6给出了各支路的电流变化曲线。
在一个实施例中，如图9所示，使用所述的磁脉冲感应转移式直流断路器包括以下步骤。
第一步骤S1中，向主电流回路机械开关A1发出分闸信号。由于机械开关动作有延时，此时尚未形成断口。
第二步骤S2中，根据电流流动方向，控制器向所述转移电路第二电路中呈桥式的晶闸管B2至B4其中两个发送导通信号。第三电路A3与原边电感器L0形成放电回路。同时，由于感应作用第一电路的副边电感器L1两端产生快速上升的电压，直至避雷器导通。主电流回路电流逐渐向转移电流第一电路转移。一段时间后，全部电流转移至转移电流第一电路。随后机械开关触头间形成断口。
第三步骤S3中，电流转移完毕后，避雷器两端建立一定电压，可以完成电流限制或者分断功能。
在一个实施例中，参见图9，利用磁脉冲感应转移式直流断路器所构成的直流断路器的具体的操作步骤包括以下几个方面，电流以主电流电路左进右出为例：
系统正常运行，机械开关闭合，晶闸管断开，电流全部从主电流电路中的机械开关流过，如图5(a)所示，其中系统额定电流为I。
t1时刻，系统发生短路故障，主电流电路电流开始上升，在t0和t1间，当超过系统短路阈值时，控制器向主电流回路机械开关A1发出分闸信号。由于机械开关动作有延时，此时尚未形成断口。
t2时刻，导通晶闸管B2，B3，预充电的电容器A3与原边电感器L0形成放电回路。同时，由于感应作用第一电路的电感L1两端产生快速上升的电压，直至避雷器导通。主电流回路电流逐渐向转移电流第一电路转移。
t3时刻，主回路电流全部转移到转移电流电路中的第一电路，如图5(c)所示。随后机械开关触头两端形成断口。
t4时刻，由于避雷器导通电压高于系统高电压，转移电流电路电流快速下降至零，开断结束。
t5时刻，转移电流电路第二电路电流为零。
本公开中所述的转移电流电路中并不要求只包含一个互感器，可以为多个互感器及其原边侧电路的串联或并联组合，如图7、图8所示。
本实施例公开的转移电路，包括主电流电路以及转移电流电路。转移电流电路包含一种互感器，使用该转移电流电路可以完成快速电流转移，实现电流限制或者分断。同时，第二电路中的电容器与直流系统的隔离，可以显著减小充电单元的电压等级与体积，提高转移的可靠性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种磁脉冲感应转移式直流断路器，其特征在于：所述电路包括主电流电路、转移电流电路和接入端口；
所述主电流电路由机械开关、电力电子器件以及限流器中的一个或多个串联或者并联组成，用于连续承载电流或者临时导通电流；
所述转移电流电路，用于承受从主电流电路转移过来的电流，包括第一电路和第二电路；所述第一电路包括副边电感器(L1)和避雷器，所述副边电感器(L1)与避雷器相串联；所述第二电路包括第三电路(A3)，所述地三电路(A3)由预充电电容和电感相串联组成；所述第二电路还包括第一功率半导体器件(B1)、第二功率半导体器件(B2)、第三功率半导体器件(B3)、第四功率半导体器件(B4)和原边电感器(L0)；所述第一至第四功率半导体器件(B1，B2，B3，B4)和所述第三电路(A3)组成桥式电路，所述桥式电路与所述原边电感器(L0)串联；
所述原边电感器(L0)和副边电感器(L1)组成互感器；
所述接入端口用于和外部相连接。
2.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，优选的，所述机械开关包括基于弹簧机构的普通机械开关、基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关中的一种；
所述限流器包括超导故障限流器(SFCL)、液态金属限流器(LMFCL)、PTC限流器中的一种。
3.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于：所述避雷器由氧化锌避雷器、管型避雷器或者阀型避雷器的一个或者多个串并联。
4.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于：所述第一电路与主电流电路并联，所述第二电路与第一电路之间选择绝缘或者不绝缘。
5.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于：所述原边电感器(L0)和副边电感器(L1)为空心电感器或含磁芯的电感器，由一个或多个电感串联或并联组成。
6.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于：所述第一至第四功率半导体器件(B1，B2，B3，B4)和所述第三电路(A3)组成桥式电路，所述桥式电路与所述原边电感器(L0)串联的连接关系为：
所述第一功率半导体器件(B1)与所述第二功率半导体器件(B2)串联；所述第三功率半导体器件(B3)与所述第四功率半导体器件(B4)串联；所述第一功率半导体器件(B1)与所述第二功率半导体器件(B2)之间具有第一端点；所述第三功率半导体器件(B3)与所述第四功率半导体器件(B4)之间具有第二端点；所述第三电路(A3)连接于所述第一端点和所述第二端点之间；
所述第一功率半导体器件(B1)的第一端与所述原边电感器(L0)的第一端以及所述第三功率半导体器件(B3)的第一端连接；
所述第一功率半导体器件(B1)的第二端与所述第二功率半导体器件(B2)的第一端和所述第三电路(A3)的第一端连接；
所述第三电路(A3)的第二端与所述第三功率半导体器件(B3)的第二端连接和所述第四功率半导体器件(B4)的第一端连接；
所述第二功率半导体器件(B2)的第二端与所述原边电感器(L0)的第二端以及所述第四功率半导体器件(B4)的第二端连接。
7.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于：所述第一至第四功率半导体器件(B1，B2，B3，B4)包括：电力二极管、晶闸管、I6BT、IGCT中的一个或多个串并联组合。
8.根据权利要求1-7之一所述的磁脉冲感应转移式直流断路器的使用方法，其特征在于，所述方法包括：
正常工作状态下，电流从所述磁脉冲感应转移式直流断路器中的主电流电路中流过；此时，所述转移电流电路中的避雷器、第一至第四功率半导体器件(B1，B2，B3，B4)处于关断状态，所述第一电路和所述第二电路中均没有电流流过；
当所述磁脉冲感应转移式直流断路器需要动作时，通过测量所述主电流电路的电流幅值和变化率，确定所述转移电流电路中功率半导体器件或触发间隙以及主电流电路中的机械开关、功率半导体器件是否动作以及相应的动作时序。
9.一种磁脉冲感应转移式直流断路器的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤0，系统正常运行，所述主电流电路导通，所述第一至第四功率半导体器件(B1，B2，B3，B4)断开，电流全部从所述主电流电路中的机械开关流过；
步骤1，系统发生短路故障，所述主电流电路中电流开始上升；当所述主电流电路中的电流超过系统短路阈值时，控制器向主电流回路机械开关发出分闸信号；由于机械开关动作有延时，此时尚未形成断口；
步骤2，所述第二至第三功率半导体器件(B2，B3)导通，预充电的第三电路(A3)与原边电感器(L0)形成放电回路；同时，在互感作用下，所述第一电路的副边电感器(L1)两端产生快速上升的电压，直至避雷器导通；主电流回路电流逐渐向所述转移电流电路的第一电路转移；
步骤3，主回路电流全部转移到转移电流电路中的第一电路；随后机械开关触头两端形成断口；
步骤4，由于避雷器导通电压高于系统高电压，转移电流电路电流快速下降至零，开断结束；
步骤5，转移电流电路第二电路电流快速降为零。
10.根据权利要求1-7之一所述的磁脉冲感应转移式直流断路器的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、根据主电流电路的电流幅值和变化率或者根据接收到的外部转移指令，判断是否出现短路故障，若是，向主电流电路中的机械开关发出分闸信号；
S2、根据所述电路电流流动方向，导通第一与第四功率半导体器件(B1，B4)或第二与第三功率半导体器件(B2，B3)，所述导通后的半导体器件(B1，B4；B2，B3)与第三电路(A3)和电感组成放电回路；副边电感器(L0)两端产生上升的电压，直至所述避雷器导通，主电流电路中的电流逐渐向所述第一电路转移；
S3、当主电路电流中的电流完全转移后，所述避雷器两端建立电压，完成电流限制或者分断功能。
CN201610993328.7A 2016-11-11 2016-11-11 一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法 Pending CN106549357A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610993328.7A CN106549357A (zh) 2016-11-11 2016-11-11 一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法
US15/493,287 US10297402B2 (en) 2016-11-11 2017-04-21 Magnetic pulse inducted transfer-type DC circuit breaker
EP17168291.7A EP3321949B1 (en) 2016-11-11 2017-04-26 Dc circuit breaker based on magnetic induction commutation circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610993328.7A CN106549357A (zh) 2016-11-11 2016-11-11 一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106549357A true CN106549357A (zh) 2017-03-29

Family

ID=58395753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610993328.7A Pending CN106549357A (zh) 2016-11-11 2016-11-11 一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10297402B2 (zh)
EP (1) EP3321949B1 (zh)
CN (1) CN106549357A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107154322A (zh) * 2017-04-10 2017-09-12 华北电力大学 一种低损耗混合式高压直流断路器
CN108322205A (zh) * 2018-02-07 2018-07-24 四川大学 一种桥式固态直流断路器及其控制方法
CN108565845A (zh) * 2018-06-26 2018-09-21 西安交通大学 一种用于分断故障电流的直流断路器、控制系统及方法
CN111640603A (zh) * 2020-05-06 2020-09-08 许继集团有限公司 一种直流开关装置
CN113299502A (zh) * 2021-04-22 2021-08-24 西安交通大学 一种基于真空断口磁控振荡的快速直流转换开关
CN113299506A (zh) * 2021-05-27 2021-08-24 西安交通大学 一种直流断路器
CN113937993A (zh) * 2021-09-18 2022-01-14 广州金升阳科技有限公司 关断能量回收方法及关断能量回收电路

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3308437B1 (en) * 2015-06-12 2019-08-07 ABB Schweiz AG A passive electronic fuse for protecting a dc application
CN108233908B (zh) * 2018-01-12 2021-04-20 许继电气股份有限公司 一种直流电子开关
CN110112718A (zh) * 2019-05-23 2019-08-09 华北电力大学 一种采用预充电换相电容的阻感型混合式限流器拓扑
CN110048388A (zh) * 2019-05-23 2019-07-23 华北电力大学 一种采用耦合负压支路的阻感型限流器拓扑
CN110061483A (zh) * 2019-05-28 2019-07-26 华北电力大学 带限流阀段的单钳位模块型往复限流式高压直流断路器
CN110112716A (zh) * 2019-05-28 2019-08-09 华北电力大学 带二极管双向桥的单钳位模块型往复限流式高压直流断路器
CN114944642B (zh) * 2022-06-09 2023-05-30 西南交通大学 一种基于液态金属复合式耗能装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5379014A (en) * 1992-04-02 1995-01-03 Hitachi, Ltd. Vacuum circuit breaker
CN105281289A (zh) * 2015-11-20 2016-01-27 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 一种双向混合式直流断路器及其控制方法
CN106300308A (zh) * 2016-09-27 2017-01-04 西安交通大学 一种瞬变磁脉冲感应式电流转移电路及其使用方法
CN206117139U (zh) * 2016-09-27 2017-04-19 西安交通大学 一种瞬变磁脉冲感应式电流转移电路

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6930871B2 (en) * 1999-11-19 2005-08-16 Citel Lightning arrester device for low-voltage network
JP2005222705A (ja) * 2004-02-03 2005-08-18 Toshiba Corp 直流遮断器
CN102623962B (zh) * 2011-01-30 2015-03-25 深圳市航嘉驰源电气股份有限公司 自适应防雷防浪涌控制电路
EP2750257B1 (en) * 2012-09-17 2016-05-11 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Circuit breakers
WO2014094847A1 (de) * 2012-12-19 2014-06-26 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zum schalten eines gleichstromes in einem pol eines gleichspannungsnetzes
CN105356435A (zh) * 2015-12-10 2016-02-24 西安交通大学 双向分断的桥式断路器及其使用方法
DE102016203256A1 (de) * 2016-02-29 2017-08-31 Siemens Aktiengesellschaft Gleichspannungsschalter
CN106356834B (zh) * 2016-09-27 2018-05-11 西安交通大学 一种磁耦合换流式转移电路及其使用方法
CN206117151U (zh) * 2016-09-27 2017-04-19 西安交通大学 一种磁耦合换流式转移电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5379014A (en) * 1992-04-02 1995-01-03 Hitachi, Ltd. Vacuum circuit breaker
CN105281289A (zh) * 2015-11-20 2016-01-27 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 一种双向混合式直流断路器及其控制方法
CN106300308A (zh) * 2016-09-27 2017-01-04 西安交通大学 一种瞬变磁脉冲感应式电流转移电路及其使用方法
CN206117139U (zh) * 2016-09-27 2017-04-19 西安交通大学 一种瞬变磁脉冲感应式电流转移电路

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107154322A (zh) * 2017-04-10 2017-09-12 华北电力大学 一种低损耗混合式高压直流断路器
CN108322205A (zh) * 2018-02-07 2018-07-24 四川大学 一种桥式固态直流断路器及其控制方法
CN108565845A (zh) * 2018-06-26 2018-09-21 西安交通大学 一种用于分断故障电流的直流断路器、控制系统及方法
CN111640603A (zh) * 2020-05-06 2020-09-08 许继集团有限公司 一种直流开关装置
CN111640603B (zh) * 2020-05-06 2023-05-16 许继集团有限公司 一种直流开关装置
CN113299502A (zh) * 2021-04-22 2021-08-24 西安交通大学 一种基于真空断口磁控振荡的快速直流转换开关
CN113299506A (zh) * 2021-05-27 2021-08-24 西安交通大学 一种直流断路器
CN113937993A (zh) * 2021-09-18 2022-01-14 广州金升阳科技有限公司 关断能量回收方法及关断能量回收电路

Also Published As

Publication number Publication date
EP3321949A1 (en) 2018-05-16
US10297402B2 (en) 2019-05-21
EP3321949B1 (en) 2020-08-12
US20180137993A1 (en) 2018-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106549357A (zh) 一种磁脉冲感应转移式直流断路器及其使用方法
CN106558866B (zh) 一种无弧直流断路器及其使用方法
CN206117151U (zh) 一种磁耦合换流式转移电路
US10381819B2 (en) DC circuit breaker combining magnetic induction transfer and resistance current limiting
CN106300236A (zh) 一种隔离注入式电流转移电路及其使用方法
CN109193580A (zh) 一种限流式快速重合闸直流断路器拓扑结构及控制方法
CN106356834B (zh) 一种磁耦合换流式转移电路及其使用方法
CN105356435A (zh) 双向分断的桥式断路器及其使用方法
CN103632895B (zh) 一种直流断路器
CN103346528A (zh) 一种基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器
CN105720552B (zh) 一种限流式高压直流断路器
CN108123427A (zh) 一种电感型双向直流限流器拓扑
CN107276045A (zh) 一种混合直流限流断路器
CN107728048A (zh) 一种混合型高压直流断路器试验系统
CN106786347A (zh) 一种具有桥式感应转移结构的混合式断路器及其使用方法
CN106786348B (zh) 一种基于桥式感应转移直流断路器及其使用方法
CN107834505A (zh) 限流式自充电型人工过零高压直流断路器及其开断方法
CN106711930A (zh) 一种直流断路器及其控制方法
CN106300308B (zh) 一种瞬变磁脉冲感应式电流转移电路及其使用方法
CN206117139U (zh) 一种瞬变磁脉冲感应式电流转移电路
CN102779667B (zh) 一种有载分接开关
CN206272216U (zh) 一种无弧直流断路器
CN109728571A (zh) 一种电容换相混合式故障限流器及其控制方法
CN206559026U (zh) 一种隔离注入式电流转移电路
CN105958857B (zh) 一种利用超导脉冲变压器的电感储能脉冲电源

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170329