CN110098593A - 具有投入电流方向选择的电流注入式机械高压直流断路器 - Google Patents

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淡淑恒
胡德霖
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Shanghai University of Electric Power
University of Shanghai for Science and Technology
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    • 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
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  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有投入电流方向选择的电流注入式机械高压直流断路器，包括相互并联的高压真空断路器支路、电流转移支路和避雷器支路，所述的电流转移支路包括电容、电感、全桥式整流模块以及高压真空断路器支路电流检测控制模块，所述的全桥式整流模块的两个输入端之间通过电容和电感连接，两个输出端并联在高压真空断路器支路两端。与现有技术相比，本发明具有快速灭弧、开断等优点。

Description

具有投入电流方向选择的电流注入式机械高压直流断路器
技术领域
本发明涉及机械式高压直流断路器领域，尤其是涉及一种具有投入电流方向选择的电流注入式机械高压直流断路器。
背景技术
机械式高压直流断路器的结构组成如图1所示。它包括三条支路：支路一由高压真空断路器组成，支路二为电流转移支路，是充电电容和电感串联形成高频电流的支路；支路三为避雷器支路。在支路一打开后高压真空断路器中开始燃弧，支路二的IGCT开关很快关合(一般时间差为毫秒级)，将高频电流冲入支路一，使得高压真空断路器中流过的是叠加有高频振荡电流的直流电流，高频振荡电流的电流幅值比直流电流大，因此支路一就有了电流过零点，支路一的机械断路器在电流过零时电弧熄灭。支路一所用的是快速真空断路器，它采用电磁斥力机构实现高速开断，采用真空灭弧室来开断叠加有直流电流的高频电流。真空灭弧室熄灭电弧时有时在第一个电流过零点处熄灭电弧，有时候在第二个、第三个甚至多个过零点后才能熄灭电弧。如果能够在第一个电流过零点处熄灭电弧那么就可以节省电流转移的时间。投入电流转移支路的方法有两种，如图2和图3所示。图2为同方向投入，即电流转移支路的电流与直流回路的电流同方向；图3为反方向投入，即电流转移支路的投入电流方向与原来直流回路电流方向相反。同方向投入电流转移支路时经常会出现需要多次电流过零点才能电弧熄灭，支路一开断。反方向投入电流转移支路时经常会出现只需要一次电流过零点支路一中的电弧就熄灭，支路一开断。在大量的试验中发现使用图2所示的同方向投入方法时，支路一的高压真空断路器打开后经过多个燃弧半波才能熄灭电弧的概率远远高于图3所示的反方向投入电流转移支路时多个电流过零点才熄灭电弧的概率，即使用图3所示的反方向投入转移电流法能够更加容易使得支路一的电流在第一个电流过零点就熄灭。
高压直流断路器作为直流联网形成直流系统的重要开断设备，在系统中出现短路时流过支路一的高压真空断路器的电流方向可以是图2所示的方向，也可以是图6所示的方向，短路时流过高压真空断路器的具体方向与当时短路点有关。机械式高压直流断路器配备的电流转移支路只有一条，转移支路中的电容器数量很多，体积庞大因此目前只有一条转移支路来为无论图2还是图4所示的支路一中的直流电流提供人为电流过零点。但是当支路一中的电流如图2所示时高压真空断路器中流过的电流不仅时间长而且电弧在第一个过零点处常常不能熄灭。因此最佳的为高压真空断路器创造的过零点应该是无论高压真空断路器中流过的电流是图2所示还是图4所示的方向转移支路总能够提供的电流总是和高压真空断路器的短路电流相反。而目前的唯一的一条体积庞大又非常昂贵的充电电容和电感回路是无法达到这个要求的。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有投入电流方向选择的电流注入式机械高压直流断路器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有投入电流方向选择的电流注入式机械高压直流断路器，包括相互并联的高压真空断路器支路、电流转移支路和避雷器支路，所述的电流转移支路包括电容、电感、全桥式整流模块以及高压真空断路器支路电流检测控制模块，所述的全桥式整流模块的两个输入端之间通过电容和电感连接，两个输出端并联在高压真空断路器支路两端。
所述的高压真空断路器支路电流检测控制模块包括用以控制全桥式整流模块内晶闸管开断的控制控制器以及用以检测高压真空断路器支路中短路电流大小和方向的光电式直流电流互感器。
光电式直流电流互感器实时检测高压真空断路器支路中是否出现直流短路电流，当高压真空断路器支路中出现直流短路电流时，光电式直流电流互感器获得高压真空断路器支路中直流短路电流的方向，控制器根据直流短路电流的方向控制全桥式整流模块中相应晶闸管的通断状态，使得电流转移支路中总是产生与直流短路电流方向相反的高频震荡电流，从而使得高压真空断路器在第一个电流过零点熄灭电弧。
高频震荡电流幅值大于直流短路电流。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明能够使得无论流过高压真空断路器的电流是什么方向，能够提前给电容充电的LC转移支路总能给高压直流断路器提供与直流短路电流相反的电流，使得高压真空断路器在第一个过零点能顺利开断，从而使高压直流断路器的燃弧时间减少，使得电流转移能顺利进行。
附图说明
图1为现有的机械式高压直流断路器组成结构图。
图2为高压真空断路器中的电流与电流转移支路电流同方向。
图3为高压真空断路器中的电流与电流转移支路电流反方向。
图4为从另一方向提供短路电流的高压直流断路器。
图5为具有投入电流方向选择性的电流注入式机械式高压直流断路器组成原理图。
图6为具有投入电流方向选择性的电流注入式机械式高压直流断路器的接线图。
图7为电流流向为方向1时导通的晶闸管及电流流向图。
图8为电流流向为方向2时导通的晶闸管及电流流向图。
图9为光电式电流互感器采集电流及电流方向的原理框图。
图10为控制器的工作框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图5所示，本发明提供一种具有投入电流方向选择的电流注入式机械高压直流断路器，用一个全桥式整流模块代替了原来的无电流选择性的机械式高压直流断路器的IGCT电子开关，而且所用的控制器根据流过高压真空断路器的电流方向确定投入电流转移支路的时间并且确定触发哪一组晶闸管，如果流过高压真空断路器的电流如图7所示，则触发T1及T3两个晶闸管；如果流过高压真空断路器的电流如图8所示，则触发T2及T4两个晶闸管。高压真空断路器中直流短路电流流向不同时，触发不同的晶闸管组后投入到真空断路器中的转移电流方向分别如图7及图8所示。图6给出了具体的能够根据直流短路电流方向确定投入转移支路电流方向的电流注入式机械式高压直流断路器的结构组成图。图9给出了光电式直流电流互感器测量电流的大小及方向的原理框图。电流产生磁场，不同的电流大小产生不同的磁场。一定的固定量的光线在磁场中被偏转，该被偏转的光线照射到可以直接编码的二进制器件上直接产生出二进制编码。控制器判断电流的情况及触发晶闸管的顺序如图10所示。根据光电式电流互感器，利用流过高压真空断路器中的电流产生的磁场使得光线发生偏转，不同大小的电流使得光线偏转的角度不同，测量出这个角度就能同时知道电流的方向和大小，根据这个原理直接测量出支路一中的电流。控制器根据高压真空断路器中的电流的方向及大小判断出是否需要触发晶闸管及触发哪一组晶闸管。这样就实现了提供给高压真空断路器的转移电流总与流过支路一的电流方向相反，使得支路一容易开断，保证了开断过程中高压真空断路器燃弧时间短，而且容易在第一个过零点处开断。

Claims (4)

1.一种具有投入电流方向选择的电流注入式机械高压直流断路器，包括相互并联的高压真空断路器支路、电流转移支路和避雷器支路，其特征在于，所述的电流转移支路包括电容、电感、全桥式整流模块以及高压真空断路器支路电流检测控制模块，所述的电容的正极通过电感与全桥式整流模块的一个输入端连接，电容的负极与全桥式整流模块的另一个输入端连接，所述的全桥式整流模块的两个输出端并联在高压真空断路器支路两端。
2.根据权利要求1所述的一种具有投入电流方向选择的电流注入式机械高压直流断路器，其特征在于，所述的高压真空断路器支路电流检测控制模块包括用以控制全桥式整流模块内晶闸管开断的控制器以及用以检测流过高压真空断路器支路中短路电流方向的光电式直流电流互感器。
3.根据权利要求2所述的一种具有投入电流方向选择的电流注入式机械高压直流断路器，其特征在于，光电式直流电流互感器实时检测高压真空断路器支路中是否出现直流短路电流，当高压真空断路器支路中出现直流短路电流时，光电式直流电流互感器获得高压真空断路器支路中直流短路电流(I1)的方向，控制器根据直流短路电流的方向控制全桥式整流模块中相应晶闸管的通断状态，使得电流转移支路中总是产生与直流短路电流方向相反的高频震荡电流(i2)，从而使得高压真空断路器在第一个电流过零点熄灭电弧。
4.根据权利要求3所述的一种具有投入电流方向选择的电流注入式机械高压直流断路器，其特征在于，高频震荡电流幅值大于直流短路电流。
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