CN111640603B - 一种直流开关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流开关装置，包括主流通支路、转移支路和耗能支路，主通流支路主要由两个开关串联组成，其中一个开关与可控型开关模块并联；转移支路主要由储能模块、储能辅助模块和避雷器串联组成，转移支路通过串联的开关并联在主通流支路两端；耗能支路由避雷器组成，并联在转移支路两端。该直流开关装置具备通用度高、成本低和开断速度快的优点。

Description

一种直流开关装置
技术领域
本发明涉及直流输配电领域，特别地，涉及一种直流开关装置。
背景技术
由于电力生产、传输、消费结构发生变化，柔性直流系统已成为电力系统重要的发展方向，而直流开关装置在柔性直流系统的输电和配电领域中承担着关键作用。
目前用电容器进行电流转移的直流开关装置，存在振荡电流不可控的问题。如果采用可控电子元器件对振荡电流进行双向控制，将导致成本较高。因此，有必要发明一种转移支路振荡电流可控且低成本的直流开关装置。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提出一种直流开关装置，能够快速断开振荡电流，实现转移支路振荡电流可控，同时降低成本。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明一个方面提供了一种直流开关装置，包括第一开关、第二开关、可控型开关模块、第一避雷器、储能模块、储能辅助模块、第二避雷器、第三开关和第四开关，第二开关与可控型开关模块并联后与第一开关串联组成主通流支路；第一避雷器、储能模块和储能辅助模块串联形成转移支路，转移支路的两端分别与第三开关和第四开关串联后，并联在主通流支路的两端；第二避雷器组成耗能支路，并联在转移支路的两端。
根据本发明的一个方面，所述可控型开关模块包括第一并联支路和第二并联支路，所述第一并联支路由可控电子元器件和电力二极管组成，所述第二并联支路包括第三避雷器。
所述双向可控型开关模块包括第一并联支路和第二并联支路，所述第一并联支路由可控电子元器件和电力二极管组成，所述第二并联支路包括第三避雷器。
根据本发明的一个方面，所述第一并联支路包括两个由一可控电子元器件和一电力二极管并联形成的并联电路，所述两个并联电路以两个电力二极管方向相反的方式串联。
根据本发明的一个方面，所述第一并联支路包括由一个可控电子元器件和四个电力二极管组成的桥式开关模块。
根据本发明的一个方面，所述储能模块包括电容器，或者并联的电容器与电阻器。
根据本发明的一个方面，所述储能辅助模块包括电阻器或者电感器。
根据本发明的一个方面，第一开关和第二开关是高速隔离开关或真空开关。
根据本发明的一个方面，第一开关和第二开关中至少一个耐电弧。
根据本发明的一个方面，所述第三开关和所述第四开关是具备绝缘和隔离能力的机械开关。
(三)有益效果
本发明公开了一种直流开关装置，包括主流通支路、转移支路和耗能支路。该直流开关装置可应用于高压、中压和低压等级的直流输电及配电领域，而且能够快速断开振荡电流，实现转移支路振荡电流可控，有足够的通断能力且能带负荷快速动作，可作为断路器或负荷开关应用于单极性、双极性和同极性的高压直流输电线路或中、低压直流配电线路中，起到控制保护及隔离故障的作用，因此本发明的直流开关装置具备通用度高、成本低和开断速度快的优点。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的直流开关装置拓扑结构图；
图2是根据本发明第二实施例的直流开关装置拓扑结构图；
图3是根据本发明第三实施例的直流开关装置拓扑结构图；
附图标记：
1：第一开关；2：第二开关：3：双向可控型开关模块；4：第一避雷器；5：电容器：6：电阻器：7：第二避雷器；8：第三开关；9：第四开关；10：第五开关；11：电感器
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
第一实施例
根据本发明的第一实施例，一种转移支路振荡电流可控的直流开关装置如图1所示。一种直流开关装置包括第一开关1、第二开关2、双向可控型开关模块3、第一避雷器4、电容器5、电阻器6、第二避雷器7、第三开关8和第四开关9。第二开关2与双向可控型开关模块3并联，然后与第一开关1串联，组成直流开关装置的主通流支路；第一避雷器4、电容器5与电阻器6相串联，组成直流开关装置的转移支路，转移支路的两端分别通过串联的第三开关8和第四开关9并联在主通流支路两端。第二避雷器7组成耗能支路，耗能支路并联在转移支路两端，并通过串联的第三开关8和第四开关9并联在主通流支路两端。
第一开关1、第二开关2可以是高速隔离开关或普通的真空开关，并且第一开关1、第二开关2至少有一个具有耐电弧能力。双向可控型开关模块3包括两条并联支路，一条并联支路是两个由一个可控电子元器件与一个电力二极管并联形成的并联电路以两个电力二极管方向相反的方式串联而成，另一条并联支路由第三避雷器组成，其中的可控电子元器件可以是单个、多个或混合电子元器件(如IGBT/IECT、GTO等)，具有单向或双向载流、关断能力。第一避雷器4串联在转移支路中，恢复截止状态后可隔离回路中容性及感性元器件产生的振荡电流。第二避雷器7与转移支路并联，导通后吸收回路中的能量。电容器5是转移支路的储能模块，电阻器6是转移支路的储能辅助模块，均起储能作用。第三开关8和第四开关9可以是具备绝缘和隔离能力的机械开关。
该直流开关装置的合闸操作过程如下：当第二开关2关合，第一开关1、第三开关8和第四开关9分断时，直流开关装置的初始状态处于分闸位置。若直流输配电系统需要合闸操作，可先关合第三开关8和第四开关9，再关合第一开关1，使主通流支路导通，完成合闸操作。
该直流开关装置的分闸操作过程如下：当第一开关1、第二开关2、第三开关8和第四开关9关合时，直流开关装置的初始状态处于合闸位置，主通流支路承载直流输配电系统额定电流。若直流输配电系统需要分闸操作，控制器发出指令使双向可控型开关模块3预导通，同时发出指令使第一开关1和第二开关2开始执行分闸操作；当第二开关2的电弧电压大于双向可控型开关模块3的门槛电压时，通过第二开关2的电流开始转移到双向可控型开关模块3上，第二开关2熄弧并逐渐恢复绝缘能力；当第二开关2的电流完全转移到双向可控型开关模块3后，关断双向可控型开关模块3；当主通流支路的电压触发第二避雷器7动作后，主通流支路的电流开始迅速对电容器5进行充电；在电容器5的电压达到双向可控型开关模块3的耐压值之前，第一开关1断开，电弧熄灭并恢复绝缘能力；上述充电过程使电容器5的电压迅速升高，迅速升高的电压将触发第二避雷器7动作并吸收剩余的能量；当转移支路的电压达到系统电压，且电容器5和第二避雷器7的电压差值小于第二避雷器7的起始动作电压时，第二避雷器7恢复截止状态并隔离转移支路的振荡电流，转移支路无电流通过，分断完成。断路器分断后，控制器先发出指令使第三开关8和第四开关9分断，再发出指令使第二开关2关合。
该直流开关装置的重合闸过程如下：直流开关装置完成分断后，电容器经过短时间的放电，控制器发出合闸指令使第三开关8和第四开关9闭合，然后使第一开关1闭合，主通流支路导通。若直流开关装置未合闸到故障回路，电容器5经过主通流支路对电阻器6进行快速放电后，主通流支路承载系统额定电流，合闸完成；若直流开关装置合闸到故障回路，重复分闸过程即可。
第二实施例
根据本发明的第二实施例，一种转移支路振荡电流可控的直流开关装置如图2所示。图2中与图1中相同的部件均采用相同的附图标记表示，唯一不同之处在于，图2中双向全控型开关模块采用由1个可控电子元器件与4个电力二极管组成的桥式开关模块与第三避雷器并联的方式。第二实施例的分闸、分合闸及重合闸的操作时序与第一实施例基本相同，这里不再赘述。
第三实施例
根据本发明第三实施例，一种转移支路振荡电流可控的直流开关装置如图3所示。图3中与图1中相同的部件均采用相同的附图标记表示，不同之处在于，图3中转移支路的储能模块由第五开关10和电阻器6串联后与电容器5并联组成，转移支路的储能辅助模块由电感器11组成。
合闸操作前，先通过控制器使第五开关10关合，电容器5经过第五开关10对电阻器6进行快速放电，然后断开第五开关10。在分闸操作过程中，当电容器5充电时，电感器11起到限流作用。在重合闸操作时，若未合闸到故障回路，主通流支路直接承载系统额定电流，合闸完成。其他分合闸及重合闸的操作时序与第一实施例基本相同，这里不再赘述。
可以理解的是，这里双向可控型开关模块3可以是可控电子元器件，也可以是可控电子元器件与电力二极管的串、并联组合。储能模块可以是电容器，可以是电容与电阻器并联组成的元件，如果并联电阻器，则电阻器可以在断路器分断后吸收电容元件的能量，具备满足短时间内重合闸功能的条件。储能辅助模块可以是电阻器、电感器等元件，起到限流的作用。
综上所述，本发明提供了一种直流开关装置，包括第一开关、第二开关、双向可控型开关模块、第一避雷器、储能模块、储能辅助模块、第二避雷器、第三开关和第四开关，第二开关与双向可控型开关模块并联后与第一开关1串联组成主通流支路；第一避雷器、储能模块和储能辅助模块串联组成转移支路，转移支路的两端分别与第三开关和第四开关串联，并联在主通流支路两端；第二避雷器组成耗能支路，并联在转移支路两端。该直流开关装置可应用于高压、中压和低压等级的直流输电及配电领域，能够快速断开振荡电流，实现转移支路振荡电流可控，有足够的通断能力且能带负荷快速动作，可作为断路器或负荷开关应用于单极性、双极性和同极性的高压直流输电线路或中、低压直流配电线路中，起到控制保护及隔离故障的作用，因此具备通用度高、成本低和开断速度快的优点。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种直流开关装置，包括第一开关、第二开关、可控型开关模块、第一避雷器、储能模块、储能辅助模块、第二避雷器、第三开关和第四开关，第二开关与可控型开关模块并联后与第一开关串联组成主通流支路；第一避雷器、储能模块和储能辅助模块串联形成转移支路，转移支路的两端分别与第三开关和第四开关串联后，并联在主通流支路的两端；第二避雷器组成耗能支路，并联在转移支路的两端；
所述可控型开关模块包括第一并联支路和第二并联支路，所述第一并联支路由可控电子元器件和电力二极管组成，所述第二并联支路包括第三避雷器。
2.如权利要求1所述的一种直流开关装置，其特征在于：
所述第一并联支路包括两个由一可控电子元器件和一电力二极管并联形成的并联电路，所述两个并联电路以两个电力二极管方向相反的方式串联。
3.如权利要求1所述的一种直流开关装置，其特征在于：
所述第一并联支路包括由一个可控电子元器件与四个电力二极管组成的桥式开关模块。
4.如权利要求1所述的一种直流开关装置,其特征在于：所述储能模块包括电容器，或者并联的电容器与电阻器。
5.如权利要求1所述的一种直流开关装置，其特征在于：所述储能辅助模块包括电阻器或者电感器。
6.如权利要求1所述的一种直流开关装置，其特征在于：第一开关和第二开关是高速隔离开关或真空开关。
7.如权利要求1所述的一种直流开关装置，其特征在于：第一开关和第二开关中至少一个耐电弧。
8.如权利要求1所述的一种直流开关装置，其特征在于：所述第三开关和所述第四开关是具备绝缘和隔离能力的机械开关。
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