CN107666140A - 一种具有多个接线端的组合式直流断路器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有多个接线端的组合式直流断路器及其控制方法，直流断路器包括n个接线端、n条通流支路、n条隔离支路、一个主开断单元和一条直流母线，n≥1；其中每个接线端既可作为进线端也可作为出线端；每条通流支路和每条隔离支路的一端分别相对应的连接，构成一个接线端；每条通流支路的另一端依次并联后与主开断单元的一端电气连接，构成直流母线；每条隔离支路的另一端依次并联后与主开断单元的另一端电气连接；主开断单元由一条换流支路和一条吸能支路并联构成。本发明能够保证一个换流站只需配置一台直流断路器，实现多条接线共用一个主开断单元，大幅降低了电网中直流断路器成本和体积，为直流组网奠定了坚实的基础。

Description

一种具有多个接线端的组合式直流断路器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种具有多个接线端的组合式直流断路器及其控制方法。
背景技术
直流电网中亟需直流断路器能够快速隔离直流侧故障，从而保证正常换流站及线路的可靠工作。
目前，直流断路器是由通流支路和主开断单元并联而成。其中，通流支路由快速机械开关构成，正常电流由通流支路导通，从而保证直流断路运行在低损甚至无损耗状态。主开断单元由换流支路和吸能支路并联而成。根据主开断单元中换流支路技术方案的不同，直流断路器又分为两种。当换流支路采用全控型电力电子器件时，则称其为混合式直流断路器；当主开断单元采用高压电容时，则称其为机械式直流断路器。吸能支路是由避雷器构成，其能够吸收系统中的残余能量，并将直流断路器两端电压限制在其MOV残压水平。无论哪种直流断路器，主开断单元占断路器总成本的95％以上。
对于图1所示的典型四端工程，每个换流站需要配置4台直流断路器，总共需要配置16台直流断路器。随着直流电网，特别是直流配网的发展，电网中需配置的直流断路器台数大幅增加，而直流断路器造价昂贵，最终导致直流电网的建设成本大幅增加。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，针对直流电网中所需直流断路器台数过多，直流断路器成本过高的问题，本发明提出了一种具有多个接线端的组合式直流断路器及其控制方法，能够根据换流站出线数差异化设计组合式直流断路器的接线端，保证一个换流站只需配置一台直流断路器，实现多条接线共用一个主开断单元，大幅降低了电网中直流断路器成本和体积，为直流组网奠定了坚实的基础。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有多个接线端的组合式直流断路器，包括n个接线端、n条通流支路、n条隔离支路、一个主开断单元和一条直流母线，所述n≥1；其中每个接线端既可作为进线端也可作为出线端；每条通流支路和每条隔离支路的一端分别相对应的连接，构成一个接线端；每条通流支路的另一端依次并联后与所述主开断单元的一端电气连接，构成直流母线；每条隔离支路的另一端依次并联后与所述主开断单元的另一端电气连接；所述主开断单元由一条换流支路和一条吸能支路并联构成。
进一步的，所述主开断单元为采用混合式或机械式直流断路器的主开断单元。
进一步的，所述通流支路是由快速机械开关构成的低阻支路。
进一步的，所述隔离支路由快速机械开关与单个双向晶闸管模块串联而成。
进一步的，所述隔离支路为多个双向晶闸管模块串联而成。
进一步的，所述隔离支路可在μs级时间内导通，隔离支路关断时能够耐受系统电压及过电压。
进一步的，所述换流支路由全控型电力电子模块与换流设备串联构成或者由高压电容与换流设备串联构成，所述吸能支路由避雷器构成。
一种适用于具有多个接线端的组合式直流断路器的控制方法，其采用一种具有多个接线端的组合式直流断路器，包括：
导通正常运行电流，具体包括：正常运行时，所述n条通流支路中的快速机械开关处于合闸状态；所述n条隔离支路中的双向晶闸管处于关断状态；所述主开断单元处于关断状态；电流由某个或某些接线端所在通流支路汇聚到所述直流母线，再由所述直流母线，经其余接线端所在通流支路流出；
实现故障电流的开断，具体包括：当检测某个接线端外部故障时，给该故障接线端所在通流支路的快速机械开关和其余接线端所在隔离支路的快速机械开关发分闸命令，并给故障接线端所在隔离支路中的双向晶闸管和主开断单元发导通命令，使电流由故障接线端所在通流支路转移至故障接线端所在隔离支路中，等待所有接到分闸命令的快速机械开关达到耐压距离后，给所述主开断单元发分断命令，以实现故障电流的开断；
实现快速重合闸，具体包括：对于永久性故障，故障电流开断后等待至设置的时间，导通主开断单元，再次检测到故障电流，需再次关断主开断单元；等待故障电流下降至零后，分闸故障接线端所在隔离支路中的快速机械开关，合闸其余正常接线端所在隔离支路中的快速机械开关，从而隔离故障线路，并使组合式直流断路器复位等待下一次操作；对于临时性故障，导通主开断单元后未检测到故障电流，合闸所有快速机械开关，以使组合式直流断路器复位等待下一次操作。
一种适用于具有多个接线端的组合式直流断路器的控制方法，其采用一种具有多个接线端的组合式直流断路器，包括：
导通正常运行电流，具体包括：正常运行时，所述n条通流支路中的快速机械开关处于合闸状态；n条隔离支路中的双向晶闸管处于关断状态；所述主开断单元处于关断状态；电流由某个或某些接线端所在通流支路汇聚到所述直流母线，再由所述直流母线，经其余接线端所在通流支路流出；
实现故障电流的开断，具体包括：当检测某个接线端外部故障时，给该故障接线端所在通流支路的快速机械开关发分闸命令，并给故障接线端所在隔离支路中的双向晶闸管模块和主开断单元发导通命令，使电流由故障接线端所在通流支路转移至故障接线端所在隔离支路，等待分闸的快速机械开关达到耐压距离后，给所述主开断单元发分断命令，以实现故障电流的开断；
实现快速重合闸，具体包括：故障电流开断后等待至设置的时间，对于永久性故障，导通主开断单元后，再次检测到故障电流，需再次关断主开断单元并撤销故障接线端所在隔离支路中晶闸管模块的触发信号，从而隔离故障线路，并使组合式直流断路器复位等待下一次操作；对于临时性故障，导通主开断单元后未检测到故障电流，合闸所有快速机械开关，以使组合式直流断路器复位等待下一次操作。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明可利用一个主开断单元实现直流母线外所有外接线路故障电流的开断与隔离。根据直流电网中换流站的出线数差异化设计新型组合式直流断路器的接线端子，保证每个换流站只需装置一台直流断路器即可实现多条故障线路的隔离，大大降低了直流断路器的成本与体积并消除其了运行损耗为直流组网奠定了坚实的基础。
附图说明
图1示出现有技术中典型四端工程中配置传统直流断路器的结构示意图；
图2示出本发明组合式直流断路器的结构示意图；
图3示出本发明组合式直流断路器的一个具体实施例的结构示意图；
图4示出本发明组合式直流断路器的另一个具体实施例的结构示意图；
图5示出本发明组合式直流断路器中隔离支路的一个具体实施例的结构示意图。
图6示出本发明组合式直流断路器中隔离支路的另一个具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。
图2示出本发明提供的一种具有多个接线端的直流断路器的结构示意图。
如图2所示，具有多个接线端的直流断路器200包括：多个接线端子201～203，多条隔离支路204～206，多个通流支路207～209，一个主开断单元210，一条换流支路211，一条吸能支路212，一条直流母线213。其中，一个接线端子201，202或203与一条通流支路207，208或209和一条隔离支路204，205或206的一端电气连接；多条隔离支路204～206的另一端并联与主开断单元210的一端电气连接；多条通流支路207～209的另一端与主开断单元210的另一端电气连接，构成直流母线213；主开断单元210由一条换流支路211和一条吸能支路212并联而成。
本发明提供的一种具有多个接线端的组合式直流断路器的一个具体实施例中，通流支路207～209由快速机械开关构成；
图3示出本发明提供的一种具有多个接线端的直流断路器中主开断单元的一个具体实施例的结构示意图。
如图3所示，主开断单元由换流支路301和吸能支路302并联而成；其中，换流支路301由全控型电力电子模块303与换流设备304串联而成；吸能支路302由避雷器305构成。
图4示出本发明提供的一种具有多个接线端的直流断路器中主开断单元的另一个具体实施例的结构示意图。
如图4所示，主开断单元是换流支路401和吸能支路402并联而成；其中，换流支路401由高压电容403与换流设备404串联而成；吸能支路402由避雷器405构成。
图5示出了本发明提供的一种具有多个接线端的组合式直流断路器中隔离支路的一个具体实施例的结构示意图。
如图5所示，隔离支路由单个双向晶闸管模块501与快速机械开关502串联而成；其中快速机械开关502在此处用作隔离开关，其电压等级按系统电压设计。
图6示出了本发明提供的一种具有多个接线端的组合式直流断路器中隔离支路的另一个具体实施例的结构示意图。
如图6所示，隔离支路由多个双向晶闸管模块601串联而成；其中，多个双向晶闸管模块串联后的电压等级按系统电压设计。
具体的，本发明控制方法的一个具体实施例中，正常运行时，通流支路207～209中的快速机械开关处于合闸导通状态；隔离支路204～206中的单个双向晶闸管模块501处于关断状态，快速机械开关502处于合闸状态；主开断单元210处于关断状态，此时电流由某一个或某些接线端汇集到直流母线213，然后由其余接线端流出。
开断故障电流时，一旦检测某个接线端201外部故障，给该故障接线端201所在通流支路207的快速机械开关和其余接线端202～203所在隔离支路205～206的快速机械开关503发分闸命令，并给故障接线端201所在隔离支路204中的双向晶闸管501和主开断单元210发导通命令，使电流由故障接线端201所在通流支路207转移至故障接线端201所在隔离支路204，等待所有接到分闸命令的快速机械开关达到耐压距离后，给主开断单元210发分断命令，从而实现故障电流的开断。
重合闸时，对于永久性故障，开断故障电流后等待一定时间，导通主开断单元210后，再次检测到故障电流，需再次关断主开断单元210；待带故障电流下降至零后，分闸故障接线端201所在隔离支路204中的快速机械开关502，合闸其余正常接线端202～203所在隔离支路205～206中的快速机械开关502，从而隔离故障线路，并使组合式直流断路器复位等待下一次操作。对于临时性故障，导通主开断单元210后未检测到故障电流，合闸所有快速机械开关，从而使组合式直流断路器复位等待下一次操作。
具体的，本发明控制方法的另一个具体实施例中，正常运行时，通流支路207～209中的快速机械开关处于合闸导通状态；隔离支路204～206中的多个双向晶闸管模块601处于关断状态；主开断单元210处于关断状态，此时电流由某一个或某些接线端汇集到直流母线213，然后由其余接线端流出。
开断故障电流时，一旦检测某个接线端201外部故障，给该故障接线端201所在通流支路207的快速机械开关发分闸命令，并给故障接线端201所在隔离支路204中的双向晶闸管模块601和主开断单元210发导通命令，使电流由故障接线端201所在通流支路207转移至故障接线端201所在隔离支路204，等待所有接到分闸命令的快速机械开关达到耐压距离后，给主开断单元210发分断命令，从而实现故障电流的开断。
重合闸时，对于永久性故障，开断故障电流后等待一定时间，，导通主开断单元210和故障接线端201所在隔离支路204中的双向晶闸管模块601后，再次检测到故障电流，需再次关断主开断单元210并关断故障接线端201所在隔离支路204中的双向晶闸管模块601，从而隔离故障线路，并使组合式直流断路器复位等待下一次操作。对于临时性故障，导通主开断单元210后未检测到故障电流，合闸故障接线端201所在通流支路207的快速机械开关，从而使组合式直流断路器复位等待下一次操作。
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复杂直流电网的无损、经济型组合式直流断路器的一个实施例，能够根据换流站的出线数差异化设计组合式直流断路器的接线端数量，保证一个换流站只需一台直流断路器。
2.本发明提供的适用于复杂直流电网的无损、经济型组合式直流断路器的一个实施例，能够利用单个主开断单元实现直流母线所有外接线路故障电流的开断与隔离，降低了直流电网中直流断路器的数量、成本和体积。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有多个接线端的组合式直流断路器，其特征在于，包括n个接线端、n条通流支路、n条隔离支路、一个主开断单元和一条直流母线，所述n≥1；其中每个接线端既可作为进线端也可作为出线端；每条通流支路和每条隔离支路的一端分别相对应的连接，构成一个接线端；每条通流支路的另一端依次并联后与所述主开断单元的一端电气连接，构成直流母线；每条隔离支路的另一端依次并联后与所述主开断单元的另一端电气连接；所述主开断单元由一条换流支路和一条吸能支路并联构成。
2.根据权利要求1所述具有多个接线端的组合式直流断路器，其特征在于，所述主开断单元为采用混合式或机械式直流断路器的主开断单元。
3.根据权利要求1所述具有多个接线端的组合式直流断路器，其特征在于，所述通流支路是由快速机械开关构成的低阻支路。
4.根据权利要求1所述具有多个接线端的组合式直流断路器，其特征在于，所述隔离支路由快速机械开关与单个双向晶闸管模块串联而成。
5.根据权利要求1所述具有多个接线端的组合式直流断路器，其特征在于，所述隔离支路为多个双向晶闸管模块串联而成。
6.根据权利要求1或4或5所述具有多个接线端的组合式直流断路器，其特征在于，所述隔离支路可在μs级时间内导通，隔离支路关断时能够耐受系统电压及过电压。
7.根据权利要求1所述具有多个接线端的组合式直流断路器，其特征在于，所述换流支路由全控型电力电子模块与换流设备串联构成或者由高压电容与换流设备串联构成，所述吸能支路由避雷器构成。
8.一种适用于具有多个接线端的组合式直流断路器的控制方法，其采用权利要求4所述一种具有多个接线端的组合式直流断路器，其特征在于，包括：
导通正常运行电流，具体包括：正常运行时，所述n条通流支路中的快速机械开关处于合闸状态；所述n条隔离支路中的双向晶闸管处于关断状态；所述主开断单元处于关断状态；电流由某个或某些接线端所在通流支路汇聚到所述直流母线，再由所述直流母线，经其余接线端所在通流支路流出；
实现故障电流的开断，具体包括：当检测某个接线端外部故障时，给该故障接线端所在通流支路的快速机械开关和其余接线端所在隔离支路的快速机械开关发分闸命令，并给故障接线端所在隔离支路中的双向晶闸管和主开断单元发导通命令，使电流由故障接线端所在通流支路转移至故障接线端所在隔离支路中，等待所有接到分闸命令的快速机械开关达到耐压距离后，给所述主开断单元发分断命令，以实现故障电流的开断；
实现快速重合闸，具体包括：对于永久性故障，故障电流开断后等待至设定的时间，导通主开断单元，再次检测到故障电流，需再次关断主开断单元；等待故障电流下降至零后，分闸故障接线端所在隔离支路中的快速机械开关，合闸其余正常接线端所在隔离支路中的快速机械开关，从而隔离故障线路，并使组合式直流断路器复位等待下一次操作；对于临时性故障，导通主开断单元后未检测到故障电流，合闸所有快速机械开关，以使组合式直流断路器复位等待下一次操作。
9.一种适用于具有多个接线端的组合式直流断路器的控制方法，其采用权利要求5所述一种具有多个接线端的组合式直流断路器，其特征在于，包括：
导通正常运行电流，具体包括：正常运行时，所述n条通流支路中的快速机械开关处于合闸状态；n条隔离支路中的双向晶闸管处于关断状态；所述主开断单元处于关断状态；电流由某个或某些接线端所在通流支路汇聚到所述直流母线，再由所述直流母线，经其余接线端所在通流支路流出；
实现故障电流的开断，具体包括：当检测某个接线端外部故障时，给该故障接线端所在通流支路的快速机械开关发分闸命令，并给故障接线端所在隔离支路中的双向晶闸管模块和主开断单元发导通命令，使电流由故障接线端所在通流支路转移至故障接线端所在隔离支路，等待分闸的快速机械开关达到耐压距离后，给所述主开断单元发分断命令，以实现故障电流的开断；
实现快速重合闸，具体包括：故障电流开断后等待至设定的时间，对于永久性故障，导通主开断单元后，再次检测到故障电流，需再次关断主开断单元并撤销故障接线端所在隔离支路中晶闸管模块的触发信号，从而隔离故障线路，并使组合式直流断路器复位等待下一次操作；对于临时性故障，导通主开断单元后未检测到故障电流，合闸所有快速机械开关，以使组合式直流断路器复位等待下一次操作。
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