CN110854823A - 一种高压直流断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压直流断路器领域，具体涉及一种高压直流断路器。本发明通过将高压直流断路器的快速机械开关设置在断路器阀塔的外部，只需考虑快速开关与其余部分的电气距离，在分合闸过程中，快速机械开关的振动不会对断路器阀塔造成影响，电磁兼容性能优良，同时快速机械开关落地式布局，方便设备运行维护。本发明中高压直流断路器的快速机械开关采用SF6快速开关，能够提高开关的灭弧能力以及开断容量，对于较高电压等级，采用SF6灭弧介质，有利于减少断路器断口数量，避免断路器多断口间开关特性不一致的情形，提高断路器的可靠性，同时SF6具有较快的反应速度。

Description

一种高压直流断路器

技术领域

本发明涉及高压直流断路器领域，具体涉及一种高压直流断路器。

背景技术

近年来随着电压源型换流器的高压直流输电，即柔性直流输电得到迅速发展，采用了基于全控型器件绝缘栅双极性晶体管(IGBT)的电压源型换流器，具有运行方式灵活、无需站间通讯、系统调节快速、潮流反转时不改变电压极性等优点，成为构建直流电网的最佳技术方案。但由于柔性直流输电换流器拓扑结构的特点，在发生直流侧故障时，无法通过换流器本身限制短路电流，必须通过断开交流断路器的方式切断故障电流。但交流断路器的动作时间通常在几十毫秒，远远超过了柔性直流换流器对故障电流的耐受时间。研究人员重新意识到直流断路器研制的必要性。

随着电力电子器件的发展，基于电力电子器件固态直流断路器在直流电力系统中的应用开始受到广泛关注，并且开始应用于中低压配电系统，在半导体器件研究的基础上，提出了许多断路器拓扑结构。目前为了符合高压直流多端输电系统中电压等级、选择性保护、分断速度和分断能力的要求，混合式开断方案成为研制高压直流断路器一个重要技术途径。混合式开断技术将是未来超级电网的主要技术方向，也是非常适合我国电网建设需要的一项关键技术。而未来直流电网的构建更是在很大程度上依赖于高压直流断路器的应用，因此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。

现有的资料表明混合式断路器开断性能与高压直流多端输电系统中电压等级、选择性保护、分断速度和分断能力的要求相符合，混合式开断方案是研制高压直流断路器一个重要技术途径。目前国外在此领域已经具备了较好的研究基础，而随着电力电子技术的不断推进，混合式直流断路器正由中低压向着高压等级不断发展，国外的一些设备厂商也提出了很多技术方案。

但是现有的混合式高压直流断路器，其物理结构为悬挂式阀塔结构或者支撑式阀塔结构。阀塔结构中集成高压直流断路器的各种设备和组件，包括功率组件、避雷器组件和快速机械开关等。设备和组件集成在阀塔中，利用模块化设计、散热和绝缘设计。随着技术发展和电压等级不断增高，对开关动作时间和各种开关性能的要求也在不断提高。其中快速机械开关的设计就显得尤为重要，在设计和安装快速机械开关时，必须从阀塔整体上考虑电气距离、电气间隙、电场分布、分合闸振动对阀塔的影响等诸多问题，这对快速机械开关提出了非常高的要求，其设计、制造和测试难度大,成本极高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压直流断路器，用以解决现有断路器快速开关设计、制造和测试难度大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种高压直流断路器，所述高压直流断路器包括阀塔，所述阀塔包括上下间隔分层布置的功率组件和相应的避雷器组件；所述高压直流断路器的快速机械开关与所述阀塔间隔设定距离进行布置。

进一步的，所述快速机械开关通过铝绞线连接所述阀塔。

进一步的，所述快速机械开关为落地式SF6快速开关。

进一步的，所述阀塔为支撑式或悬挂式阀塔。

进一步的，所述避雷器组件包括沿上下方向布置的设定数量的避雷器。

进一步的，所述功率组件包括IGBT。

进一步的，所述阀塔底部设置有支撑绝缘子，所述支撑绝缘子之间设置有斜拉绝缘子。

本发明的有益效果是：通过将高压直流断路器的快速机械开关设置在断路器阀塔的外部，只需考虑快速开关与其余部分的电气距离，而不需要考虑诸如现有技术中在设计和制造快速机械开关时必须涉及的温度、电磁干扰、震动等因素对阀塔影响的问题，从根本上解决了断路器快速开关设计、制造和测试难度大的问题。

同时本发明中高压直流断路器的快速机械开关采用SF6快速开关，能够提高开关的灭弧能力以及开断容量，对于较高电压等级，采用SF6灭弧介质，有利于减少断路器断口数量，避免断路器多断口间开关特性不一致的情形，提高断路器的可靠性，同时SF6具有较快的反应速度。

附图说明

图1是现有支撑式断路器的结构示意图；

图2是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

目前我国已建成多条特高压直流线路以及柔性直流输电线路。高压柔性直流输电是基于全控电力电子器件的新一代直流输电技术，其中国网公司自主研发制造的200kV高压直流断路器在周定站投运，能够在数毫秒内断开故障电流及隔离故障点，整体结构构成主要是由电力电子器件同多个高速真空开关构成回路，进行直流大电流的开断。

现有的断路器一般分为支撑式和悬挂式，图1所示为现有的支撑式断路器结构示意图，图中D所指为断路器快速机械开关所在位置。现有的混合式高压直流断路器的快速机械开关大多布置在断路器阀塔内部，即与混合式高压直流断路器其他部分构成一个整体(区别于本发明的分体式布置)，这样整体式的结构会导致在进行断路器设计以及实际应用时，需要考虑电气距离、电气间隙、电场分布、分合闸振动对阀塔的影响等问题，不利于扩展与维护，使得断路器从设计到应用出现各种问题。为了能够兼顾高压直流断路器的性能以及对阀塔的影响，现有的混合式高压直流断路器大多采用真空断路器，同时为了满足较高的电压等级及开距要求，多采用多个真空断路器串联形式(多断口)。

也就是说，现有技术中，针对高压直流断路器，本领域技术人员的思路均是以组件、开关构成的阀塔为整体来考虑开关的设计。而本发明的贡献在于，打破现有技术的固定思维模式，将快速机械开关设置在阀塔以外，从而摆脱了设计、制造的各种限制，能够自由选择不同类型的高性能开关。

下面，本实施例提供了一种高压直流断路器，采用落地式快速机械开关的设计，将断路器的快速机械开关设置在阀塔的外部，并根据电气器件设置原则计算落地式快速开关距离阀塔的距离，同时快速开关同阀塔中的主支路电力电子器件通过线路进行连接。

同时使用SF6超高速开关代替传统断路器的快速机械开关，能够实现同等直流电流的开断，断口大大减少，开关同步稳定性显著提高，更易控制。

如图2所示，为本实施方式的结构示意图，图中A为电力电子阀塔，C为SF6快速开关，B1和B2为连接线，E为避雷器，F为支撑绝缘子，支撑绝缘子之间设置有斜拉绝缘子。阀塔与开关之间的距离为2.6米。主支路半导体及转移支路均为电力电子器件，均集成在电力电子阀塔上，主通流支路超高速开关即为右侧的SF6快速开关。SF6快速开关纵向设置并通过铝绞线方式同阀塔内部主支路半导体电力电子组件构成主通流支路，主支路半导体电力电子组件包括IGBT。

本实施例中采用了SF6快速开关，是考虑到SF6开关的灭弧能力、开断容量优于真空开关，对于较高电压等级，采用SF6灭弧介质，有利于减少断路器断口数量，避免断路器多断口间开关特性不一致的情形，提高断路器的可靠性。同时SF6具有较快的反应速度(如：平高集团已开发的200kV基于SF6的快速机械开关，采用单断口形式，具有2ms耐受320kV以上冲击电压的耐受能力)。SF6快速开关落地式布局，只需考虑快速开关与其余部分的电气距离，控制电源的隔离问题容易解决，在分合闸过程中，快速机械开关的振动不会对断路器阀塔造成影响，电磁兼容性能优良，同时快速机械开关落地式布局，方便设备运行维护。

本实施例以支撑式阀塔为例进行了说明，在其他实施方式中，对于不同结构类型的断路器，本发明同样适用，例如悬挂式断路器；同时本发明中设置在阀塔外部的高速机械开关不限于落地式，开关类型也可以根据功能自由选取，并不限于本实施例中给出的SF6开关，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高压直流断路器，其特征在于：所述高压直流断路器包括阀塔，所述阀塔包括上下间隔分层布置的功率组件和相应的避雷器组件；所述高压直流断路器的快速机械开关与所述阀塔间隔设定距离进行布置。

2.根据权利要求1所述的一种高压直流断路器，其特征在于：所述快速机械开关通过铝绞线连接所述阀塔。

3.根据权利要求1或2所述的一种高压直流断路器，其特征在于：所述快速机械开关为落地式SF6快速开关。

4.根据权利要求3所述的一种高压直流断路器，其特征在于：所述阀塔为支撑式或悬挂式阀塔。

5.根据权利要求4所述的一种高压直流断路器，其特征在于：所述避雷器组件包括沿上下方向布置的设定数量的避雷器。

6.根据权利要求5所述的一种高压直流断路器，其特征在于：所述功率组件包括IGBT。

7.根据权利要求6所述的一种高压直流断路器，其特征在于：所述阀塔底部设置有支撑绝缘子，所述支撑绝缘子之间设置有斜拉绝缘子。

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