CN111355213A - 一种直流断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直流断路器,包括主流通支路、转移支路和MOV支路,所述转移支路上串设有转移电容和转移开关;所述转移电容的两端并联设置有预充电支路,所述预充电支路上串设有充电电容和限流电阻,所述限流电阻用于在直流断路器分断过程中主流通支路上的电流无法转移到所述预充电支路上,在分断过程结束后充电电容通过限流电阻对转移电容进行充电,使转移电容上充有一定的反向电压。本发明提供的技术方案,在转移电容上并联设置有预充电支路,当直流断路器分断完成后预充电支路为转移电容进行充电,使转移电容上充有一定的反向电压,从而减少直流断路器重合闸前对转移电容的反向充电所用的时间,解决直流断路器重合闸速度较慢的问题。
Description
技术领域
本发明属于直流断路器控制技术领域,具体涉及一种直流断路器。
背景技术
目前,直流供电技术已经在我国得到了广泛的应用,在直流供电系统中直流断路器是非常重要的设备。按照直流断路器的工作原理,可将其分为机械式断路器、全固态断路器和混合式断路器,其中混合式断路器由于其通态损耗少、开断时间短、无需专用冷却等优点,被广泛应用在直流供电系统中。
授权公告号CN206180562U的中国实用新型专利文件中公开了一种直流断路器,其转移支路上串设有转移开关、转移电感和转移电容,该直流断路器的分断工作原理为:控制转移支路上的转移开关闭合,主流通支路上的电流转移至转移支路中,主流通支路上的机械开关打开,不断向转移电容充电,转移电容两端电压逐渐上升,当断路器两端电压超过MOV支路的导通阈值时,MOV支路导通,电流快速向MOV支路转移,当转移支路上的电流为零时,转移支路上的开关断开,完成分断。
随着直流供电系统的进一步发展,新型的直流系统对于供电可靠性提出了更高的要求。由于直流系统需要在故障切除后快速恢复供电,所以要求直流系统中的直流断路器能够满足开断双向短路电流并快速重合闸的要求。
上述专利文件所记载的技术方案中,当直流断路器分断完成后转移电容上的电压降低为零或者保留有一定的正向电压,当直流断路器重合闸前需要先对转移电容进行反向充电,反向充电过程需要花费较长的时间,造成直流断路器重合闸速度较慢的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流断路器,用于解决现有技术中直流断路器分断完成后由于转移电容上的电压降低为零或者保留有一定的正向电压而造成重合闸速度较慢的问题。
为实现上述目的,本发明提供的技术方案是:
一种直流断路器,包括主流通支路、转移支路和MOV支路,所述转移支路上串设有转移电容和转移开关;所述转移电容的两端并联设置有预充电支路,所述预充电支路上串设有充电电容和限流电阻,所述限流电阻用于在直流断路器分断过程中主流通支路上的电流无法转移到所述预充电支路上,在分断过程结束后充电电容通过限流电阻对转移电容进行充电,使转移电容上充有一定的反向电压。
本发明提供的技术方案,在转移电容上并联设置有预充电支路,在直流断路器分断过程中采用限流电阻降低充电电容与主流通支路之间的电流,使充电电容与主流通支路之间相当于断开;当直流断路器分断完成后充电电容为转移电容进行充电,使转移电容上充有一定的反向电压,从而减少直流断路器重合闸前对转移电容的反向充电所用的时间,解决直流断路器重合闸速度较慢的问题。
进一步的,所述转移支路上还串设有转移电感。
设置转移电感能够降低转移支路上的电流变化率,防止转移支路上由于电流变化过大而损坏相关器件。
进一步的,所述转移电容、转移电感和转移开关在所述转移支路上依次设置。
转移电容、转移电感和转移开关在转移支路上依次设置,能够增加转移电感的工作效率。
进一步的,所述转移开关为双向导通器件或者两个单项导通器件反向并联构成的双向导通模块。
将转移开关设置成双向导通器件或者双向导通模块,转移支路可以双向导通,使直流断路器能够适用于双向通电的工况。
进一步的,所述控制部分包括控制器,控制器连接有第一电流传感器和第二电流传感器,并连接主流通支路上机械开关的控制端和转移开关的控制端;所述第一电流传感器用于检测主流通支路的电流,所述第二电流传感器用于检测转移支路的电流。
控制部分能够根据主流通支路和转移支路的电流对转移开关和主流通支路中的机械开关进行控制,提高对转移开关和机械开关控制的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例1中直流断路器的结构示意图;
图2为本发明实施例1中设置电流传感器和电压传感器的直流断路器结构示意图;
图3为本发明实施例1中直流断路器控制部分的结构示意图;
图4a为本发明实施例1中电流从A1端到A2端时直流断路器分断开始阶段的电流方向示意图;
图4b为本发明实施例1中电流从A1端到A2端时半控型功率半导体器件T1导通后的电流方向示意图;
图4c为本发明实施例1中电流从A1端到A2端时机械开关分断后的电流方向示意图;
图4d为本发明实施例1中电流从A1端到A2端时为转移电容充电过程中的电流方向示意图;
图4e为本发明实施例1中电流从A1端到A2端时MOV支路导通时的电流方向示意图;
图4f为本发明实施例1中电流从A1端到A2端时充电电容为转移电容充电的示意图;
图4g为本发明实施例1中电流从A1端到A2端时充电电容为转移电容充电完成后的示意图;
图5a为本发明实施例1中电流从A2端到A1端时直流断路器分断开始阶段的电流方向示意图;
图5b为本发明实施例1中电流从A2端到A1端时半控型功率半导体器件T2导通后的电流方向示意图;
图5c为本发明实施例1中电流从A2端到A1端时机械开关分断后的电流方向示意图;
图5d为本发明实施例1中电流从A2端到A1端时为转移电容充电过程中的电流方向示意图;
图5e为本发明实施例1中电流从A2端到A1端时MOV支路导通时的电流方向示意图;
图5f为本发明实施例1中电流从A2端到A1端时充电电容为转移电容充电的示意图;
图5g为本发明实施例1中电流从A2端到A1端时充电电容为转移电容充电完成后的示意图;
图6为本发明实施例2中直流断路器的结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种直流断路器,用于解决现有技术中直流断路器分断完成后由于转移电容上的电压降低为零或者保留有一定的正向电压而造成重合闸速度较慢的问题。
为实现上述目的,本发明提供的技术方案是:
一种直流断路器,包括主流通支路、转移支路和MOV支路,所述转移支路上串设有转移电容和转移开关;所述转移电容的两端并联设置有预充电支路,所述预充电支路上串设有充电电容和限流电阻,所述限流电阻用于在直流断路器分断过程中主流通支路上的电流无法转移到所述预充电支路上,在分断过程结束后充电电容通过限流电阻对转移电容进行充电,使转移电容上充有一定的反向电压。
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1:
本实施例提供一种直流断路器,当直流断路器分断完成后为转移电容反向充电,从而使直流断路器能够快速的重合闸。
本实施例提供的直流断路器,其结构原理如图1所示,其中包括并联设置的主流通支路、转移支路和MOV支路,A1端和A2端为主流通支路、转移支路和MOV支路并联后的两端。
主流通支路中设置有机械开关S,机械开关S为高速机械开关;MOV支路中设置有用于耗能的避雷器MOV。
转移支路中包括转移电容C1、转移电感L和转移开关,本实施例中转移电容C1、转移电感L和转移开关依次串联设置,作为其他实施方式,三者之间串联设置,设置的顺序可以有所变化。
本实施例中的转移开关为两个反向并联设置的半控型功率半导体器件T1和半控型功率半导体器件T2所构成的双向导通模块;作为其他实施方式,转移开关也可以采用GTO、晶闸管、IGBT等器件构成双向导通模块,或者采用双向导通可控器件;并且在本实施例所提供的具有快速重合闸功能的直流断路器不需要双向导通功能时,转移开关也可以采用单向导通器件。
本实施例中的转移电容器C1并联设置有充电支路,充电支路中包括充电电容C2和限流电阻R,限流电阻R的阻值根据A1端或A2端的电压等级设定,需满足在限流电阻R的作用下,直流断路器分断过程中主流通支路上的电流无法转移到预充电支路上。
本实施例所提供的直流断路器中设置有用于测量A1端所接系统电流的电流传感器D0、用于测量主流通支路的电流的电流传感器D1,用于测量转移支路电流的电流传感器D2,用于测量充电支路电流的电流传感器D3,用于测量MOV支路电流的电流传感器D4和用于机械开关S两侧电压的电压传感器Vhss,如图2所示。
直流断路器的控制部分包括控制器,控制器连接上述电流传感器D0、电流传感器D1、电流传感器D2、电流传感器D0、电流传感器D4和电压传感器Vhss,并连接机械开关S的控制端、半控型功率半导体器件T1的控制端和半控型功率半导体器件T2的控制端,并且在控制器连接各电流传感器和电压传感器的线路上设置有滤波放大电路和模数转换电路,如图3所示,滤波放大电路和模数转换电路采用的是现有技术中的电流,这里不对其进行介绍说明;控制器根据各电流传感器和电压传感器检测到的数据对机械开关S、半控型功率半导体器件T1和半控型功率半导体器件T2进行控制。
本实施例所提供的直流断路器,其工作原理为:
当直流断路器的A1端为输入端A2端为输出端时,如果直流断路器处于正常工作状态,电流从A1端流入,经过机械开关S后从A2端流出,如图4a所示,此时转移电容C1连接A1端的一侧为正极,连接A2端的一侧为负极;
当直流断路器需要分断时,按照电流的方向触发从A1端向A2端导通的半控型功率半导体T1,并控制机械开关S开始断开;由于机械开关S需要时间相应,所以机械开关S此时仍未打开,电流还是从主流通支路通过,如图4b所示;
在转移电容C1和转移电感L所组成的震荡回路向主流通支路注入反向高频震荡电流,使主流通支路中的电流过零点,机械开关S在主流通支路中的电流过零点时断开,此时不会产生电弧,如图4c所示;由于限流电阻R与充电电容C2串联设置,在限流电阻R的作用下充电电容C2在此过程中的放电量很小;
当机械开关S断开后,原主流通支路中的电流转移到转移支路中,为转移电容C1进行充电,使转移电容C1连接A1端的电位为正极,连接A2端的电位为负极,如图4d所示;由于限流电阻R与充电电容C2串联设置,在限流电阻R的作用下,主流通支路中的电流不会向充电电容C2充电;当A1端和A2端之间的电压大于MOV支路的导通阈值时MOV支路导通,由于MOV支路处于导通状态时其电阻值远小于转移支路的电阻值,所以此时原主流通支路中的电流转移到MOV支路中;
当转移支路的电流过零时,控制半控型功率半导体T1关断,如图4e所示;当A1端和A2端之间的电压小于MOV支路的导通阈值时MOV支路关断,MOV支路恢复高阻抗状态,直流断路器的分断过程结束;
直流断路器分断后充电电容C2通过限流电阻R为转移电容C1进行预充电,如图4f所示;
当转移电容C1充电完成后,其连接A1端的一侧为负极,连接A2端一侧的为正极,如图4g所示,与直流断路器分断前的电位的方向一致,满足重合闸的要求。
当直流断路器的A2端为输入端A1端为输出端时,如果直流断路器处于正常工作状态,电流从A2端流入,经过机械开关S后从A1端流出,如图5a所示;
当直流断路器需要分断时,按照电流的方向触发从A2端向A1端导通的半控型功率半导体T2,并控制机械开关S开始断开;由于机械开关S需要时间相应,所以机械开关S此时仍未打开,电流还是从主流通支路通过,如图5b所示;
在转移电容C1和转移电感L所组成的震荡回路向主流通支路注入反向高频震荡电流,使主流通支路中的电流过零点,机械开关S在主流通支路中的电流过零点时打开,此时不会产生电弧,如图5c所示;由于限流电阻R与充电电容C2串联设置,在限流电阻R的作用下充电电容C2在此过程中的放电量很小;
当机械开关S断开后,原主流通支路中的电流转移到转移支路中,为转移电容C1进行充电,使转移电容C1连接A2端的一侧为正极,连接A1端的一侧为负极,如图5d所示;由于限流电阻R与充电电容C2串联设置,在限流电阻R的作用下,主流通支路中的电流不会向充电电容C2充电;当A2端和A1端之间的电压大于MOV支路的导通阈值时MOV支路导通,由于MOV支路处于导通状态时其电阻值远小于转移支路的电阻值,所以此时原主流通支路中的电流转移到MOV支路中;
当转移支路的电流过零时,控制半控型功率半导体T2关断,如图5e所示;当A2端和A1端之间的电压小于MOV支路的导通阈值时MOV支路关断,MOV支路恢复高阻抗状态,直流断路器的分断过程结束;
直流断路器分断后充电电容C2通过限流电阻R为转移电容C1进行预充电,如图5f所示;
当转移电容C1充电完成后,其连接A1端一侧的电压为正极,连接A2端一侧的电压为负极,如图5g所示,与直流断路器分断前的电位的方向一致,满足重合闸的要求。
本实施例所提供的技术方案中,限流电阻R的阻值较大,在直流断路器的分断过程中充电电容C2向主流通支路的放电量很少,主流通支路转移到充电电容C2的电流也很少,此时限流电阻R相当于断路;当直流断路器分断完成后,充电电容C2通过限流电阻R为转移电容C1充电;由此可见,在此过程中限流电阻R的作用相当于开关,但是开关的动作需要时间,不满足重合闸过程中对时效的要求,因此限流电阻R不能够采用开关代替。
限流电阻R的阻值与直流断路器的电压等级有关,如当直流断路器的电压等级为10kV以下时,限流电阻R的取值范围为10-100Ω。
转移电容C1采用的是高压电容,其电压值范围为15-20kV;充电电容C2为低压电容,其电压值范围为3-5kV。
实施例2:
本实施例提供一种直流断路器,该直流断路器与上述实施例1中所提供的直流断路器相比,区别在于转移支路中没有设置转移电感,如图6所示;本实施例所提供的直流断路器与上述实施例1中所提供的直流断路器工作原理相同。
Claims (5)
1.一种直流断路器,包括主流通支路、转移支路和MOV支路,所述转移支路上串设有转移电容和转移开关;其特征在于,所述转移电容的两端并联设置有预充电支路,所述预充电支路上串设有充电电容和限流电阻,所述限流电阻用于在直流断路器分断过程中主流通支路上的电流无法转移到所述预充电支路上,在分断过程结束后充电电容通过限流电阻对转移电容进行充电,使转移电容上充有一定的反向电压。
2.根据权利要求1所述的直流断路器,其特征在于,所述转移支路上还串设有转移电感。
3.根据权利要求2所述的直流断路器,其特征在于,所述转移电容、转移电感和转移开关在所述转移支路上依次设置。
4.根据权利要求1或2或3所述的直流断路器,其特征在于,所述转移开关为双向导通器件或者两个单项导通器件反向并联构成的双向导通模块。
5.根据权利要求1所述的直流断路器,其特征在于,还包括控制部分,所述控制部分包括控制器,控制器连接有第一电流传感器和第二电流传感器,并连接主流通支路上机械开关的控制端和转移开关的控制端;所述第一电流传感器用于检测主流通支路的电流,所述第二电流传感器用于检测转移支路的电流。
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CN111355213B (zh) | 2023-09-01 |
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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