CN111585258A - 一种混合式直流断路器以及一种直流电网 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种混合式直流断路器，包括：固态开关、谐振电容、谐振电感、旁路开关、机械开关和耗能支路；其中，机械开关的第一端分别与谐振电感的第一端、旁路开关的第一端和耗能支路的第一端相连，谐振电感的第二端与谐振电容的第一端相连，谐振电容的第二端分别与固态开关的第一端和旁路开关的第二端相连，固态开关的第二端分别与机械开关的第二端和耗能支路的第二端相连。显然，由于固态开关在导通LC谐振支路时不会产生电弧或火花，这样就可以保证混合式直流断路器在使用过程中的安全性与可靠性。相应的，本申请所公开的一种直流电网，同样具有上述有益效果。

Description

一种混合式直流断路器以及一种直流电网

技术领域

本发明涉及电力输送技术领域，特别涉及一种混合式直流断路器以及一种直流电网。

背景技术

目前，高压直流断路器主要分为机械式、固态式和混合式三种，其中，由于混合式直流断路器具有机械开关通态压降小和电力电子器件关断速度快的优势，所以，混合式直流断路器成为当前的一个研究热点。

在现有技术当中，一般是采用高压球隙开关来对混合式直流断路器中的LC谐振支路进行切换，但是，采用此种设置方式会在混合式直流断路器的导通期间产生火花，从而影响混合式直流断路器在使用过程中的安全性和可靠性。现在针对这一技术问题，还没有较为有效的解决办法。

由此可见，如何提高混合式直流断路器在使用过程中的安全性与可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混合式直流断路器以及一种直流电网，以提高混合式直流断路器在使用过程中的安全性与可靠性。其具体方案如下：

一种混合式直流断路器，包括：固态开关、谐振电容、谐振电感、旁路开关、机械开关和耗能支路；

其中，所述机械开关的第一端分别与所述谐振电感的第一端、所述旁路开关的第一端和所述耗能支路的第一端相连，所述谐振电感的第二端与所述谐振电容的第一端相连，所述谐振电容的第二端分别与所述固态开关的第一端和所述旁路开关的第二端相连，所述固态开关的第二端分别与所述机械开关的第二端和所述耗能支路的第二端相连。

优选的，所述耗能支路具体为过电压保护器。

优选的，还包括：串联在所述耗能支路上的第一氧化锌避雷器。

优选的，所述固态开关包括第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管、第七晶闸管和第八晶闸管；

其中，所述第一晶闸管的阴极与所述第二晶闸管的阳极相连，所述第一晶闸管的阳极分别与所述第二晶闸管的阴极和所述第三晶闸管的阴极相连，所述第三晶闸管的阴极与所述第四晶闸管的阳极相连，所述第三晶闸管的阳极分别与所述第四晶闸管的阴极和所述第五晶闸管的阴极相连，所述第五晶闸管的阴极与所述第六晶闸管的阳极相连，所述第五晶闸管的阳极分别与所述第六晶闸管的阴极和所述第七晶闸管的阴极相连，所述第七晶闸管的阴极与所述第八晶闸管的阳极相连，所述第七晶闸管的阳极与所述第八晶闸管的阴极相连；

相应的，所述第一晶闸管的阴极为所述固态开关的第一端，所述第七晶闸管的阳极为所述固态开关的第二端。

优选的，还包括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

其中，所述第一电阻的第一端分别与所述第一晶闸管的阴极和所述第一电容的第一端相连，所述第一电阻的第二端分别与所述第一晶闸管的阳极和所述第二电阻的第二端相连，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第一端相连，所述第三电阻的第一端分别与所述第三晶闸管的阴极和所述第二电容的第一端相连，所述第三电阻的第二端分别与所述第三晶闸管的阳极和所述第四电阻的第二端相连，所述第二电容的第二端与所述第四电阻的第一端相连，所述第五电阻的第一端分别与所述第五晶闸管的阴极和所述第三电容的第一端相连，所述第五电阻的第二端分别与所述第五晶闸管的阳极和所述第六电阻的第二端相连，所述第三电容的第二端与所述第六电阻的第一端相连，所述第七电阻的第一端分别与所述第七晶闸管的阴极和所述第四电容的第一端相连，所述第七电阻的第二端分别与所述第七晶闸管的阳极和所述第八电阻的第二端相连，所述第四电容的第二端与所述第八电阻的第一端相连。

优选的，还包括：第二氧化锌避雷器；

其中，所述第二氧化锌避雷器的第一端和第二端分别与所述第一晶闸管的阴极和所述第七晶闸管的阳极相连。

相应的，本发明还公开了一种直流电网，包括如前述所公开的一种混合式直流断路器。

可见，在本发明所提供的混合式直流断路器中，因为是利用固态开关来对由谐振电感和谐振电容所组成的LC谐振支路进行控制，而固态开关是一种没有运动触头部件的开关，所以，固态开关在导通LC谐振支路时就不会产生电弧或火花，由此就可以保证混合式直流断路器在使用过程中的安全性与可靠性。相应的，本发明所公开的一种直流电网，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种混合式直流断路器的结构图；

图2为本发明实施例所提供的另一种混合式直流断路器的结构图；

图3为本发明实施例所提供的又一种混合式直流断路器的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，图1为本发明实施例所提供的一种混合式直流断路器的结构图，该混合式直流断路器包括：固态开关S、谐振电容C、谐振电感L、旁路开关K1、机械开关K2和耗能支路；

其中，机械开关K2的第一端分别与谐振电感L的第一端、旁路开关K1的第一端和耗能支路的第一端相连，谐振电感L的第二端与谐振电容C的第一端相连，谐振电容C的第二端分别与固态开关S的第一端和旁路开关K1的第二端相连，固态开关S的第二端分别与机械开关K2的第二端和耗能支路的第二端相连。

在本发明中，是提供了一种新型的混合式直流断路器，在该混合式直流断路器中，是由固态开关S来对由谐振电感L和谐振电容C所组成的LC谐振支路进行控制。

可以理解的是，由于固态开关S是一种没有运动触头部件的开关，所以，固态开关S在导通或关断过程中就不会产生电弧或火花，在此情况下，当利用固态开关S来对由谐振电容C和谐振电感L所组成的LC谐振支路进行控制时，就不会在固态开关S导通时产生电弧或火花，这样就可以进一步保证混合式直流断路器在使用过程中的安全性与可靠性。

需要说明的是，在实际应用中，为了保证LC谐振支路在运行过程中的安全性，通常还会在谐振电容C两端并联氧化锌避雷器MOV，请参见图2，图2为本发明实施例所提供的另一种混合式直流断路器的结构图。

其中，混合式直流断路器的工作原理为：当混合式直流断路器正常运行时，机械开关K2处于合闸状态，固态开关S和旁路开关K1处于断路状态，电流流经机械开关K2支路；当混合式直流断路器出现故障时，机械开关K2会分闸燃弧，等到机械开关K2中的触头运动到一定距离时，固态开关S导通，谐振电容C和谐振电感L所产生的振荡电流会叠加到机械开关K2支路，从而使得机械开关K2的电流过零熄弧，然后，电流会转移到LC谐振支路为谐振电容C充电，当谐振电容C的电压升高到氧化锌避雷器MOV的动作电压时，混合式直流断路器中的电流会转移到耗能支路，由此就保证了混合式直流断路器在使用过程中的安全性。

可见，在本实施例所提供的混合式直流断路器中，因为是利用固态开关来对由谐振电感和谐振电容所组成的LC谐振支路进行控制，而固态开关是一种没有运动触头部件的开关，所以，固态开关在导通LC谐振支路时就不会产生电弧或火花，由此就可以保证混合式直流断路器在使用过程中的安全性与可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，耗能支路具体为过电压保护器。

具体的，在本实施例中，是将耗能支路设置为过电压保护器，因为过电压保护器不仅能够对电气设备进行过压保护，而且，过电压保护器在实际生活中也较为常见，由此就可以提高混合式直流断路器在使用时的普适性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，请参见图3，图3为本发明实施例所提供的又一种混合式直流断路器的结构图。作为一种优选的实施方式，上述混合式直流断路器还包括：串联在耗能支路上的第一氧化锌避雷器MOV1。

在本实施例中，还在耗能支路上串联了第一氧化锌避雷器MOV1，可以理解的是，当在耗能支路上串联了第一氧化锌避雷器MOV1之后，第一氧化锌避雷器MOV1就可以对耗能支路上的电气设备进行过压保护，由此就进一步保证了耗能支路上电气设备在运行过程中的安全性与可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，请参见图3，图3为本发明实施例所提供的又一种混合式直流断路器的结构图。作为一种优选的实施方式，固态开关S包括第一晶闸管S1、第二晶闸管S2、第三晶闸管S3、第四晶闸管S4、第五晶闸管S5、第六晶闸管S6、第七晶闸管S7和第八晶闸管S8；

其中，第一晶闸管S1的阴极与第二晶闸管S2的阳极相连，第一晶闸管S1的阳极分别与第二晶闸管S2的阴极和第三晶闸管S3的阴极相连，第三晶闸管S3的阴极与第四晶闸管S4的阳极相连，第三晶闸管S3的阳极分别与第四晶闸管S4的阴极和第五晶闸管S5的阴极相连，第五晶闸管S5的阴极与第六晶闸管S6的阳极相连，第五晶闸管S5的阳极分别与第六晶闸管S6的阴极和第七晶闸管S7的阴极相连，第七晶闸管S7的阴极与第八晶闸管S8的阳极相连，第七晶闸管S7的阳极与第八晶闸管S8的阴极相连；

相应的，第一晶闸管S1的阴极为固态开关S的第一端，第七晶闸管S7的阳极为固态开关S的第二端。

在本实施例中，是利用4组相互串联的反并联晶闸管来构成固态开关S，具体请参见图3。可以理解的是，当将固态开关S设置为此种结构形式时，就可以满足固态开关S的双向开断要求，这样就可以使得本申请所提供的混合式直流断路器能够适用于更多的应用场景。

作为一种优选的实施方式，上述混合式直流断路器还包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；

其中，第一电阻R1的第一端分别与第一晶闸管S1的阴极和第一电容C1的第一端相连，第一电阻R1的第二端分别与第一晶闸管S1的阳极和第二电阻R2的第二端相连，第一电容C1的第二端与第二电阻R2的第一端相连，第三电阻R3的第一端分别与第三晶闸管S3的阴极和第二电容C2的第一端相连，第三电阻R3的第二端分别与第三晶闸管S3的阳极和第四电阻R4的第二端相连，第二电容C2的第二端与第四电阻R4的第一端相连，第五电阻R5的第一端分别与第五晶闸管S5的阴极和第三电容C3的第一端相连，第五电阻R5的第二端分别与第五晶闸管S5的阳极和第六电阻R6的第二端相连，第三电容C3的第二端与第六电阻R6的第一端相连，第七电阻R7的第一端分别与第七晶闸管S7的阴极和第四电容C4的第一端相连，第七电阻R7的第二端分别与第七晶闸管S7的阳极和第八电阻R8的第二端相连，第四电容C4的第二端与第八电阻R8的第一端相连。

在本实施例中，还在每一组反并联的晶闸管上并联了静态均压电阻和动态阻容吸收支路。在图3当中，第一电阻R1为静态均压电阻，第二电阻R2和第一电容C1组成动态阻容吸收支路。可以理解的是，通过这样的设置方式，就可以避免固态开关S在遭受瞬间过电压冲击时而对固态开关S所造成的损伤。

作为一种优选的实施方式，上述混合式直流断路器还包括：第二氧化锌避雷器MOV2；

其中，第二氧化锌避雷器MOV2的第一端和第二端分别与第一晶闸管S1的阴极和第七晶闸管S7的阳极相连。

在实际应用中，还可以在第一晶闸管S1的阴极和第七晶闸管S7的阳极两端并联第二氧化锌避雷器MOV2，也即，利用第二氧化锌避雷器MOV2来对固态开关S进行过压保护，由此就可以进一步保证固态开关S在使用过程中的安全性与可靠性。

相应的，本发明实施例还公开了一种直流电网，包括如前述所公开的一种混合式直流断路器。

本发明实施例所提供的一种直流电网，具有前述所公开的一种混合式直流断路器所具有的有益效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种混合式直流断路器以及一种直流电网进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种混合式直流断路器，其特征在于，包括：固态开关、谐振电容、谐振电感、旁路开关、机械开关和耗能支路；

其中，所述机械开关的第一端分别与所述谐振电感的第一端、所述旁路开关的第一端和所述耗能支路的第一端相连，所述谐振电感的第二端与所述谐振电容的第一端相连，所述谐振电容的第二端分别与所述固态开关的第一端和所述旁路开关的第二端相连，所述固态开关的第二端分别与所述机械开关的第二端和所述耗能支路的第二端相连。

2.根据权利要求1所述的混合式直流断路器，其特征在于，所述耗能支路具体为过电压保护器。

3.根据权利要求1所述的混合式直流断路器，其特征在于，还包括：串联在所述耗能支路上的第一氧化锌避雷器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的混合式直流断路器，其特征在于，所述固态开关包括第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管、第七晶闸管和第八晶闸管；

其中，所述第一晶闸管的阴极与所述第二晶闸管的阳极相连，所述第一晶闸管的阳极分别与所述第二晶闸管的阴极和所述第三晶闸管的阴极相连，所述第三晶闸管的阴极与所述第四晶闸管的阳极相连，所述第三晶闸管的阳极分别与所述第四晶闸管的阴极和所述第五晶闸管的阴极相连，所述第五晶闸管的阴极与所述第六晶闸管的阳极相连，所述第五晶闸管的阳极分别与所述第六晶闸管的阴极和所述第七晶闸管的阴极相连，所述第七晶闸管的阴极与所述第八晶闸管的阳极相连，所述第七晶闸管的阳极与所述第八晶闸管的阴极相连；

相应的，所述第一晶闸管的阴极为所述固态开关的第一端，所述第七晶闸管的阳极为所述固态开关的第二端。

5.根据权利要求4所述的混合式直流断路器，其特征在于，还包括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

其中，所述第一电阻的第一端分别与所述第一晶闸管的阴极和所述第一电容的第一端相连，所述第一电阻的第二端分别与所述第一晶闸管的阳极和所述第二电阻的第二端相连，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第一端相连，所述第三电阻的第一端分别与所述第三晶闸管的阴极和所述第二电容的第一端相连，所述第三电阻的第二端分别与所述第三晶闸管的阳极和所述第四电阻的第二端相连，所述第二电容的第二端与所述第四电阻的第一端相连，所述第五电阻的第一端分别与所述第五晶闸管的阴极和所述第三电容的第一端相连，所述第五电阻的第二端分别与所述第五晶闸管的阳极和所述第六电阻的第二端相连，所述第三电容的第二端与所述第六电阻的第一端相连，所述第七电阻的第一端分别与所述第七晶闸管的阴极和所述第四电容的第一端相连，所述第七电阻的第二端分别与所述第七晶闸管的阳极和所述第八电阻的第二端相连，所述第四电容的第二端与所述第八电阻的第一端相连。

6.根据权利要求4所述的混合式直流断路器，其特征在于，还包括：第二氧化锌避雷器；

其中，所述第二氧化锌避雷器的第一端和第二端分别与所述第一晶闸管的阴极和所述第七晶闸管的阳极相连。

7.一种直流电网，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的一种混合式直流断路器。

Images