CN110244218A - 一种用于混合式高压直流断路器的试验装置 - Google Patents

Abstract

一种用于混合式高压直流断路器的试验装置。本发明包含低压大电流源、试验电感、电力电子模块组成的辅助通流支路和并联过压保护支路四部分。其采用低压大电流源和电力电子模块组成的辅助通流支路产生连续稳定的试验电流，之后通过辅助通流支路将连续运行试验电路提供的电流换流至试品，即混合式高压直流断路器，从而完成试品额定电流关合试验能力的考察。

Description

一种用于混合式高压直流断路器的试验装置

技术领域

本发明涉及电力电子检测领域，尤其涉及一种用于混合式高压直流断路器的试验装置。

背景技术

高压直流输电技术、柔性直流输电技术以及直流电网技术得到越来越多的关注。柔性直流输电线路在直流侧发生双极短路时，线路内直流电流迅速上升，因而需要直流断路器进行保护。

由机械开关和电子开关元件所组成的混合式高压直流断路器在电路正常运行状态下通过机械开关控制电路通断，在电路异常时通过电子开关元件按照设定的控制时序完成关合操作以保护线路。

为保证混合式高压直流断路器的试验装置按照正确的时序工作，需要在其安装前进行额定电流关合实验与短时电流耐受实验。但现有缺乏相应的实验装置，很难有效验证混合式高压直流断路器的关合性能，很难验证其关合时序是否正确。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够避免误伤生命体并能够修理障碍物边缘草坪的技术。

首先，为实现上述目的，提出一种用于混合式高压直流断路器的试验装置其包括低压大电流源、试验电感、保护支路和辅助同流支路；所述保护支路、辅助通流支路与所述混合式高压直流断路器并联后，通过所述试验电感连接所述低压大电流源；所述低压大电流源用于向所述混合式高压直流断路器以及所述辅助通流支路提供连续稳定的试验电流，所述低压大电流源在所述试验电流由辅助通流回路流向所述混合式高压直流断路器的过程中产生高压，使所述混合式高压直流断路器可靠触通；所述试验电感用于降低所述试验电流的波动；所述保护支路用于对所述混合式高压直流断路器进行过压保护；所述辅助通流支路用于在试验装置工作时承载所述试验电流；在所述实验电流稳定后闭锁以向所述混合式高压直流断路器注入高压的实验电流，完成向所述混合式高压直流断路器的换流；在所述混合式高压直流断路器关合操作完成之后，接收由所述混合式高压直流断路器转回的试验电流；所述混合式高压直流断路器在所述辅助通流支路闭锁期间按照该混合式高压直流断路器内部的控制时序完成关合操作。

可选的，上述的试验装置中，所述低压大电流源由晶闸管整流器构成。

可选的，上述的试验装置中，所述辅助通流支路由IGBT器件和储能元件组成。

可选的，上述的试验装置中，所述辅助通流支路中的储能元件为双层金属化膜电容或聚丙烯无极电容。

可选的，上述的试验装置中，所述储能元件的杂散电感低于50nH。

可选的，上述的试验装置中，所述辅助通流支路包括至少一对并联的辅助通流阀。

可选的，上述的试验装置中，所述每一个所述辅助通流阀均包括至少两组单元电路，所述各组单元电路并联于所述保护电路的两端；所述每一组单元电路均包括：4个IGBT器件和1个电容；其中，第一个IGBT器件的发射极连接所述电容的第一管脚以及第二个IGBT器件的发射极，第一个IGBT器件的集电极连接第四个IGBT器件的发射极，第四个IGBT器件的集电极同时连接第三个IGBT器件的集电极以及所述电容的第二管脚，所述第三个IGBT器件的发射极与所述第二个IGBT器件的集电极连接，所述第三个IGBT器件的发射极与所述第四个IGBT器件的发射极之间还串联有开关元件，用于控制所述辅助通流支路中电流的流通状态；各组单元电路之间通过其第一个IGBT器件的集电极与第二个IGBT器件的集电极串联连接。

可选的，上述的试验装置中，所述保护支路中，所述晶闸管通过其正负极与所述低压大电流源、试验电感串联，所述晶闸的门级连接所述过压判定回路，所述过压判定回路比较其获取的采样电压与输入其的参考电压的大小，在采样电压大于参考电压时输出控制信号至所述晶闸的门级以切换所述保护支路至保护状态。

可选的，上述的试验装置中，所述辅助通流阀中各IGBT器件累加的集电极最大可重复峰值电流至少达到所述混合式高压直流断路器的额定电流。

有益效果

本发明设计了一种新的用于混合式高压直流断路器试验的装置，装置包含低压大电流源、试验电感、电力电子模块组成的辅助通流支路和并联过压保护支路四部分。其采用低压大电流源和电力电子模块组成的辅助通流支路产生连续稳定的试验电流，之后通过辅助通流支路将连续运行试验电路提供的电流换流至试品，即混合式高压直流断路器，从而完成试品额定电流关合试验能力的考察。

本专利设计的试验装置可以通过辅助通流支路的换流功能精确控制试品电流应力，实现关合应力的复现，从而不危害试品本身。

并且，本专利设计的试验方法简化了试验装置中电源部分精准控制的设计，通过辅助通流支路的换流减小了试验方法整体的时序控制难度，同时极大降低了试验容量。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明所针对的混合式高压直流断路器的电路结构示意图；

图2为根据本发明的实验装置的电路框图；

图3为本发明实验装置中辅助通流阀的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

柔性直流输电有诸多的技术优势，已成为目前国际电力领域大力发展的热点输电技术之一，也将是未来电网构建的重要组成部分。由于直流系统的低阻尼特性，相比于交流系统来说，直流系统的故障发展更快，控制保护难度更大，迫切需要高压直流断路器来进行直流故障隔离和快速故障恢复。高压直流断路器是直流电网建设的重要基础和关键性设备之一。

混合式高压直流断路器是高压直流断路器的主流技术路线。参考图1，混合式高压直流断路器包括由快速机械开关和少量电力电子模块串联组成的主支路，由大量电力电子模块串联组成的转移支路，以及由避雷器组串并联组成的耗能支路。

本发明所提供的一种可行的针对图1混合式高压直流断路器的实验装置，其电路原理可参考图2。可用于针对混合式高压直流断路器的额定电流关合试验以及短时电流耐受实验。其主要是为了检验混合式高压直流断路器关合性能及控制保护单元设计的正确性。由于目前尚无可用的直流断路器型式试验标准，所以提出有效验证混合式高压直流断路器额定电流关合能力的方法能为高压直流断路器推广应用以及试验标准制定奠定基础。

其中，试验装置包含低压大电流源、试验电感、电力电子模块组成的辅助通流支路和并联过压保护支路四部分；低压大电流源提供连续稳定的试验电流，同时在电流由辅助通流回路向直流断路器换流过程中产生高压，使直流断路器可靠触通；试验电感用于降低试验电流波动；辅助通流支路用于承载试验电流并完成向试品回路的换流；并联保护支路用于试品过压保护。

低压大电流源由晶闸管整流器构成，可以提供连续、稳定、可调节的恒定电流。

辅助通流支路由IGBT器件和储能元件组成，能有效实现长期通流、换流以及IGBT软关断，可以用于承载试验电流并完成向试品回路的双向换流。如附图3所示：辅助通流支路包括至少一对并联的辅助通流阀。其中，所述每一个所述辅助通流阀均包括至少两组单元电路，所述各组单元电路并联于所述保护电路的两端；所述每一组单元电路均包括：4个IGBT器件和1个电容；其中，第一个IGBT器件的发射极连接所述电容的第一管脚以及第二个IGBT器件的发射极，第一个IGBT器件的集电极连接第四个IGBT器件的发射极，第四个IGBT器件的集电极同时连接第三个IGBT器件的集电极以及所述电容的第二管脚，所述第三个IGBT器件的发射极与所述第二个IGBT器件的集电极连接，所述第三个IGBT器件的发射极与所述第四个IGBT器件的发射极之间还串联有开关元件，用于控制所述辅助通流支路中电流的流通状态；各组单元电路之间通过其第一个IGBT器件的集电极与第二个IGBT器件的集电极串联连接。

并联过压保护支路由串联晶闸管及过压判定回路组成，可以实现试品的过压保护。

其中，所述辅助通流支路中的储能元件为双层金属化膜电容或聚丙烯无极电容。所述储能元件的杂散电感低于50nH。

上述装置进行混合式高压直流断路器试验时，低压大电流源和电力电子模块组成的辅助通流支路产生连续稳定的试验电流，之后通过辅助通流支路将连续运行试验电路提供的电流换流至试品，即混合式高压直流断路器。断路器完成关合动作，从而实现直流断路器关合性能及断路器整体控制保护单元的考察。试品完成关合操作后，试验装置再将试验电流转回至电力电子模块辅助通流支路。

试验前，将混合式高压直流断路器接入试验电路，选择合适的试验电感，然后完成低压大电流源和辅助通流支路上电，将电流调节至额定电流值；电流稳定后，触发混合式高压直流断路器转移支路，同时闭锁辅助通流支路，将电流换流至试品，即混合式高压直流断路器；断路器按照内部控制时序完成关合动作，从而实现直流断路器关合性能及断路器整体控制保护单元的考察；关合操作完成之后，试验装置再将试验电流转回至辅助通流支路；关闭低压大电流源，试验电路电流下降至零后试验结束。

本发明采用低压大电流源和电力电子模块组成的辅助通流支路产生连续稳定的试验电流，之后通过辅助通流支路将连续运行试验电路提供的电流换流至试品，即混合式高压直流断路器。断路器完成关合动作，从而实现直流断路器关合性能及断路器整体控制保护单元的考察。试品完成关合操作后，试验装置再将试验电流转回至电力电子模块辅助通流支路。因而，本发明能够解决混合式高压直流断路器对试验设备电压、电流要求高，实现难度大的问题。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于混合式高压直流断路器的试验装置，其特征在于，包括低压大电流源、试验电感、保护支路和辅助同流支路；所述保护支路、辅助通流支路与所述混合式高压直流断路器并联后，通过所述试验电感连接所述低压大电流源；

所述低压大电流源用于向所述混合式高压直流断路器以及所述辅助通流支路提供连续稳定的试验电流，所述低压大电流源在所述试验电流由辅助通流回路流向所述混合式高压直流断路器的过程中产生高压，使所述混合式高压直流断路器可靠触通；

所述试验电感用于降低所述试验电流的波动；

所述保护支路用于对所述混合式高压直流断路器进行过压保护；

所述辅助通流支路用于在试验装置工作时承载所述试验电流；在所述实验电流稳定后闭锁以向所述混合式高压直流断路器注入高压的实验电流，完成向所述混合式高压直流断路器的换流；在所述混合式高压直流断路器关合操作完成之后，接收由所述混合式高压直流断路器转回的试验电流；

所述混合式高压直流断路器在所述辅助通流支路闭锁期间按照该混合式高压直流断路器内部的控制时序完成关合操作。

2.如权利要求1所述的用于混合式高压直流断路器的试验装置，其特征在于，所述低压大电流源由晶闸管整流器构成。

3.如权利要求1所述的用于混合式高压直流断路器的试验装置，其特征在于，所述辅助通流支路由IGBT器件和储能元件组成。

4.如权利要求3所述的用于混合式高压直流断路器的试验装置，其特征在于，所述辅助通流支路中的储能元件为双层金属化膜电容或聚丙烯无极电容。

5.如权利要求3所述的用于混合式高压直流断路器的试验装置，其特征在于，所述储能元件的杂散电感低于50nH。

6.如权利要求3-5所述的用于混合式高压直流断路器的试验装置，其特征在于，所述辅助通流支路包括至少一对并联的辅助通流阀。

7.如权利要求5所述的用于混合式高压直流断路器的试验装置，其特征在于，每一个所述辅助通流阀均包括至少两组单元电路，所述各组单元电路并联于所述保护电路的两端；

所述每一组单元电路均包括：4个IGBT器件和1个电容；

其中，第一个IGBT器件的发射极连接所述电容的第一管脚以及第二个IGBT器件的发射极，第一个IGBT器件的集电极连接第四个IGBT器件的发射极，第四个IGBT器件的集电极同时连接第三个IGBT器件的集电极以及所述电容的第二管脚，所述第三个IGBT器件的发射极与所述第二个IGBT器件的集电极连接，所述第三个IGBT器件的发射极与所述第四个IGBT器件的发射极之间还串联有开关元件，用于控制所述辅助通流支路中电流的流通状态；

各组单元电路之间通过其第一个IGBT器件的集电极与第二个IGBT器件的集电极串联连接。

8.如权利要求1-7所述的用于混合式高压直流断路器的试验装置，其特征在于，所述保护支路中，所述晶闸管通过其正负极与所述低压大电流源、试验电感串联，所述晶闸的门级连接所述过压判定回路，所述过压判定回路比较其获取的采样电压与输入其的参考电压的大小，在采样电压大于参考电压时输出控制信号至所述晶闸的门级以切换所述保护支路至保护状态。

9.如权利要求6所述的用于混合式高压直流断路器的试验装置，其特征在于，所述辅助通流阀中各IGBT器件累加的集电极最大可重复峰值电流至少达到所述混合式高压直流断路器的额定电流。