CN109412130B - 一种机械式直流断路器及其充电回路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机械式直流断路器及其充电回路，包括主支路，能量吸收支路和转移支路；主支路中设有主开关，能量吸收支路和转移支路与主开关并联；转移支路上设有串联的储能电容器和电感器，储能电容器连接有充电机，还包括第一稳压元件和第二稳压元件，第一稳压元件一端用于连接储能电容器正端，另一端接地；第二稳压元件的一端用于连接储能电容器的负端，另一端接地。本发明所提供的技术方案中，一方面能够钳位储能电容器两端的悬浮电位，另一方面当储能电容器某端的悬浮电位高于相应的阈值时，对应的稳压元件就会放电，能够避免储能电容器两端的悬浮电位过高，从而解决混合式直流断路器中悬浮电位挑战设备耐压能力的问题。
Description
技术领域
本发明属于机械式直流断路器控制技术领域，具体涉及一种机械式直流断路器及其充电回路。
背景技术
目前中压直流断路器开关主要有三种形式：机械式直流断路器、固态直流断路器和混合式直流断路器。传统的机械式断路器可控性差，直流开断困难。固态断路器虽然开断时间短，寿命长和工作可靠，但其成本高，通态功耗大，过载换流保护难度大，电力电子产品均压均流技术不成熟，控制检测技术复杂，因此全面推广应用较困难。
改进型机械式断路器综合了传统机械式断路器和固态断路器的分断优点，具有成本低、分断能力高和体积小等特点。第34卷第18期的《中国电机工程学报》，记载了一篇名称为“基于晶闸管的混合型无弧高压直流断路器”的论文，该论文公开了一种混合型无弧高压直流断路器，其拓扑结构如图1所示，包括三条并联的主支路，转移支路和能量吸收支路。主支路包括串联的两个快速开关K和一组反并联晶闸管Tmain，能量吸收支路包括用于吸收能量的避雷器，转移支路共有三条，第一条转移支路由两个晶闸管阀T1和晶闸管阀T2相向串联设置而成，第二条转移支路有两个晶闸管阀T3和晶闸管阀T4按照相背的方向串联设置而成，第三条转移支路由电感器L和储能电容器C串联而成，储能电容器C连接作为充电机的电源，第一条转移支路和第二条转移支路之间并联设置，第三条转移支路设置在晶闸管阀T1和晶闸管阀T2的串联点与晶闸管阀T3和晶闸管阀T4的串联点之间。当主支路中的开关断开时，如果主支路的电流方向为由1流向2，则控制晶闸管阀T3和T1被触发，储能电容器C，电感L，晶闸管阀T3，反并联晶闸管Tmain，快速开关K和晶闸管阀T1形成回路，储能电容器C放电，放电电流方向与原主支路中电流的方向相反，从而使快速开关K的电流快速减少。
在断路器分断前，电容器C的电位为其中一端为正，另一端为负；断路器分断时，随着电流转移，系统会对电容其C为负极的一端充电，最终分断结束后，电容器C原来电位为正的一端会为变为负，电位为负的一端会变为正。如果电容器C负极接地，分断电流转移时，短路电流会被引入大地，分断失败。
但是电容器C悬浮使用，会在电容C的两端产生悬浮电位，悬浮电位会使整个断路器转移支路电位不稳定；而且，悬浮电位长期积累，会造成断路器电位抬高，然而，断路器中各种器件的耐压都是按照一般情况设定的，电位过高会超出这些器件的耐压能力，给设备的选型造成、整体成本带来很大的挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械式直流断路器及其充电回路，用于解决机械式直流断路器中悬浮电位挑战设备耐压能力的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种机械式直流断路器，包括主支路，能量吸收支路和转移支路；主支路中设有主开关，能量吸收支路和转移支路与所述主开关并联；转移支路上设有串联的储能电容器和电感器，储能电容器连接有充电机，充电机的正端连接储能电容器正端，充电机负端连接电储能容器负端，还包括第一稳压元件和第二稳压元件，所述第一稳压元件一端用于连接储能电容器正端，另一端接地；所述第二稳压元件的一端用于连接储能电容器的负端，另一端接地。
进一步的，所述第一稳压元件和第二稳压元件为避雷器或稳压管，或者采用稳压管和避雷器并联。
进一步的，所述第一稳压元件和第二稳压元件均并联有对应的开关。
进一步的，所述转移支路中充电机连接储能电容的线路上设置有开关。
进一步的，所述主支路上还设置有隔离开关。
一种机械式直流断路器的充电回路，包括充电机，充电机的正端连接电容器正端，充电机负端连接储能电容器负端，还包括第一稳压元件和第二稳压元件，所述第一稳压元件的一端用于连接储能电容器正端，另一端接地；所述第二稳压元件的一端用于连接储能电容器的负端，另一端接地。
进一步的，所述第一稳压元件和第二稳压元件为避雷器或稳压管，或者采用稳压管和避雷器并联。
进一步的，所述第一稳压元件和第二稳压元件均并联有对应的开关。
进一步的，所述转移支路中充电机连接储能电容的线路上设置有开关。
本发明的有益效果是：本发明所提供的技术方案中，在机械式直流断路器储能电容器负极的正极和负极均分别设置第一稳压元件和第二稳压元件，一方面能够钳位储能电容器两端的悬浮电位，另一方面当储能电容器某端的悬浮电位高于相应的阈值时，对应的稳压元件就会放电，能够避免储能电容器两端的悬浮电位过高，从而解决机械式直流断路器中悬浮电位挑战设备耐压能力的问题。
附图说明
图1为现有技术中机械式直流断路器的结构原理图；
图2为实施例所提供的机械式中压直流断路器的结构原理图；
图3为实施例中避雷器并联开关的机械式中压直流断路器的结构原理图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种机械式直流断路器及其充电回路，用于解决机械式直流断路器中悬浮电位挑战设备耐压能力的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种机械式直流断路器，包括主支路，能量吸收支路和转移支路；主支路中设有主开关，能量吸收支路和转移支路与所述主开关并联；转移支路上设有串联的储能电容器和电感器，储能电容器连接有充电机，充电机的正端连接储能电容器正端，充电机负端连接电储能容器负端，还包括第一稳压元件和第二稳压元件，所述第一稳压元件一端用于连接储能电容器正端，另一端接地；所述第二稳压元件的一端用于连接储能电容器的负端，另一端接地。
本发明结合中压直流配网需求，在混合式断路器的基础上，提出一种预充电强迫换流机械式直流断路器电路，转移回路采用脉冲功率器件控制，利用高速机械开关的载流、绝缘能力和功率脉冲器件的可控性实现中压直流断路器的快速切断系统短路电流目的。避免采用昂贵的固态开关，降低了研发产品成本，更有利于产品的推广应用。
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本实施例提供一种机械式中压直流断路器，属于改进型机械式直流断路器，其结构如图2所示，包括主支路、转移支路和能量吸收支路。主支路包括一个主开关FVB，主开关FVB与隔离开关K1和隔离开关K2串联。
主开关FVB为机械快速开关，与转移支路和能量吸收支路之间并联。转移支路包括A1，A2，A3和A4四个单相导通的可控开关或脉冲功率器件，如晶闸管等，他们的导通方向与图中对应的箭头方向相同。转移支路还设有一个电容器C和电感L，电容器C连接有充电机，充电机为电容器C充电。能量吸收支路包括避雷器，当主开关FVB两端的电压过高时，能量吸收支路中的避雷器开始放电。
本实施例所提供的一种机械式中压直流断路器，其工作原理与背景技术中所记载的基于晶闸管的混合型无弧高压直流断路器相同，当主支路中主开关FVB断开时，电容器C放电，通过控制转移支路上A1，A2，A3和A4四个可控开关的通断，在主支路中产生与主触点FVB断开前电流方向相反的电流，使主开关FVB的电流快速减小。
由于在电容器C放电时会产生瞬时高压，如果不断开与充电机之间的连接，就会损坏充电机。因此在充电机连接电容器C的线路上设置一个开关K3，当电容器C开始放电时，将开关K3断开，以断开充电机与电容器C之间的连接。
本实施例所提供的机械式中压直流断路器，电容器C的负极和充电机的负极均不接地，其中电容器C的正极设置有第一避雷器，负极设置有第二避雷器。当电容器C正极的电压大于第一设定值时，第一避雷器开始放电，从而使电容器C正极的电压能够稳定在第一设定值，防止电容器C正极的悬浮电位过高。当电容器C负极的电压大于第二设定值时，第二避雷器开始放电，从而使电容器C负极的电压能够稳定在第二设定值，防止电容器C负极的悬浮电位过高。
本实施例中第一避雷器和第二避雷器的导通电压大于电容器C两端之间的最高电压，以及和能量吸收回路中避雷器的导通电压，不影响断路器的正常转移开断功能。
本实施例中的第一避雷器和第二避雷器均并联有开关S1和S2，如图3所示，当需要人工打开断路器所处的配电柜时，控制这两个开关闭合，此时电容器C的正极和负极都对地放电，从而较少安全隐患。
本实施例所提供的是一种中压机械式直流断路器，但是其中在电容器C的正极和负极分别设置对应的避雷器，以其两端电压的方法，同样适用于如背景技术中所提到的混合型无弧高压直流断路器。
本实施例所提供的一种机械式中压直流断路器，第一稳压元件和第二稳压元件均采用避雷器；作为其他实施方式，第一稳压元件和第二稳压元件可以采用稳压管，或者采用稳压管与避雷器并联的方式，将电容器C正极和负极的电压分别稳定在第一设定值和第二设定值。
Claims (9)
1.一种机械式直流断路器，包括主支路，能量吸收支路和转移支路；主支路中设有主开关，能量吸收支路和转移支路与所述主开关并联；转移支路上设有串联的储能电容器和电感器，储能电容器连接有充电机，充电机的正端连接储能电容器正端，充电机负端连接储能电容器负端，其特征在于，还包括第一稳压元件和第二稳压元件，所述第一稳压元件一端用于连接储能电容器正端，另一端接地；所述第二稳压元件的一端用于连接储能电容器的负端，另一端接地；
所述转移支路包括第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关和第四可控开关，四个可控开关均为单向导通的可控开关；
当主支路中主开关断开时，所述储能电容器放电，通过控制转移支路上第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关和第四可控开关四个可控开关的通断，在主支路中产生与主开关断开前电流方向相反的电流，使主开关的电流快速减小。
2.根据权利要求1所述的一种机械式直流断路器，其特征在于，所述第一稳压元件和第二稳压元件为避雷器或稳压管，或者采用稳压管和避雷器并联。
3.根据权利要求1所述的一种机械式直流断路器，其特征在于，所述第一稳压元件和第二稳压元件均并联有对应的开关。
4.根据权利要求1所述的一种机械式直流断路器，其特征在于，所述转移支路中充电机连接储能电容的线路上设置有开关。
5.根据权利要求1所述的一种机械式直流断路器，其特征在于，所述主支路上还设置有隔离开关。
6.一种机械式直流断路器的充电回路，适用于权利要求1所述的该种机械式直流断路器，包括充电机，充电机的正端连接储能电容器正端，充电机负端连接储能电容器负端，其特征在于，还包括第一稳压元件和第二稳压元件，所述第一稳压元件的一端用于连接储能电容器正端，另一端接地；所述第二稳压元件的一端用于连接储能电容器的负端，另一端接地。
7.根据权利要求6所述的一种机械式直流断路器的充电回路，其特征在于，所述第一稳压元件和第二稳压元件为避雷器或稳压管，或者采用稳压管和避雷器并联。
8.根据权利要求6所述的一种机械式直流断路器的充电回路，其特征在于，所述第一稳压元件和第二稳压元件均并联有对应的开关。
9.根据权利要求6所述的一种机械式直流断路器的充电回路，其特征在于，所述转移支路中充电机连接储能电容的线路上设置有开关。
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