CN112865029A - 一种具双重限流功能的混合式直流断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具双重限流功能的混合式直流断路器，包括：主电流回路、限流支路、转移支路1、转移支路2、转移支路3、耗能支路和控制系统，其中：主电流回路，第一端与第一直流电接口连接，第二端与第二直流电接口连接；所述主电流回路包括快速机械开关两组，可控电力电子辅助开关一组；转移支路1，第一端与第一直流电接口连接，第二端与转移支路3连接；所述转移支路1包括反并联晶闸管；转移支路2，第一端与转移支路1连接，第二端与限流支路连接；所述转移支路2包括反并联晶闸管；转移支路3，第一端与转移支路1连接，第二端与第二直流电接口连接；所述转移支路3由多组串联的可控电力电子开关组成，每组开关均设置有RCD缓冲支路。

Description

一种具双重限流功能的混合式直流断路器
技术领域
本发明涉及电路装置领域，具体涉及一种具有双重限流功能的混合式直流断路器。
背景技术
将架空线作为输电线的柔性直流系统，因面临瞬时故障的概率大大上升，故障后电流急剧上升，故障扩散速度极快的问题。若不加故障电流限制，故障电流会在几毫秒内到达换流器可以承受的上限值，换流器立刻闭锁，失去电能传输能力，大大降低了直流系统可靠性，同时对直流线路继电保护系统的造成巨大压力。
目前，为缓解保护系统和故障隔离的压力，柔性直流电网的需要在线路中投入限流装置。大多数柔性直流系统以直接串联大数值限流电抗器作为限流设备。因此，导致限流时间有限、影响系统稳定运行、断路器的隔离故障的时间长等不利问题。
发明内容
本发明提供一种具双重限流功能的混合式直流断路器，以增强直流线路故障后的限流能力，延长限流时间；在保护系统可靠识故障后，降低断路器的开断过程中的耗能时间。技术方案如下:
一种具双重限流功能的混合式直流断路器，包括：主电流回路、限流支路、转移支路1、转移支路2、转移支路3、耗能支路和控制系统，其中：
所述主电流回路，第一端与第一直流电接口连接，第二端与第二直流电接口连接；所述主电流回路包括快速机械开关(UFD)两组，可控电力电子辅助开关(LCS)一组，三者以串联形式连接；
所述限流支路，与主电流回路中第一组快速机械开关并联；所述限流支路设有限流电感、限流电阻、可控电力电子辅助开关，且三者以串联形式连接；
所述转移支路1，第一端与第一直流电接口连接，第二端与转移支路3连接；所述转移支路1包括反并联晶闸管(SCR)；
所述转移支路2，第一端与转移支路1连接，第二端与限流支路连接；所述转移支路2包括反并联晶闸管；
所述转移支路3，第一端与转移支路1连接，第二端与第二直流电接口连接；所述转移支路3由多组可控电力电子开关组成，每组开关均设置有RCD缓冲支路；每组可控电力电子开关以串联形式连接；
所述耗能支路，与转移支路3以并联形式连接。
进一步地，所述耗能支路由多组氧化锌避雷器串联而成，且每组氧化锌避雷器均与转移支路3中的每组可控电力电子开关以并联的形式连接。
进一步地，可控电力电子开关为单项或双向导通、不控或者全控的控制器件组成。
进一步地，各支路均装有电压、电流互感器。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
1、整个限流过程具备可控性，可起到故障后主动控制故障的目的。
2、通过双重限流，大大提升限流能力，延长故障后限流时间，以保证换流站安全。
3、通过限流电感的旁路，减少断路器的开断过程中的耗能时间，加快故障隔离。
附图说明
图1为本发明具有双重限流功能的混合式直流断路器示意图；
图2为转移支路3子模块示意图；
图3为本发明双重限流功能的混合式直流断路器的各种工作模态，(a)为本发明双重限流功能的混合式直流断路器中正常运行模态回路。(b)为本发明双重限流功能的混合式直流断路器中预备模态回路。(c)为本发明双重限流功能的混合式直流断路器中主限流模态换流过程回路。(d)为本发明双重限流功能的混合式直流断路器中主限流模态换流完成后回路。(e)为本发明双重限流功能的混合式直流断路器中后备限流模态回路。
图4为本发明双重限流功能的混合式直流断路器中断路器模态回路。
图5为本发明双重限流功能的混合式直流断路器中断路器后备限流模态中转移支路3子模块的控制方案。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。
图1，为本发明实施例中提供的具有双重限流功能的混合式直流断路器示意图。图2是其中的转移支路3子模块示意图。
图3为在直流线路发生短路故障后，具有双重限流功能的混合式直流断路器的限流过程实施过程示意图，图中保留的器件为该状态下电流流经的器件。
无故障时的正常运行状态为图3(a)所示，线路上所有快速机械开关UFD闭合，仅触可控电力电子辅助开关发LCS1使其导通。
预备状态为图3(b)所示，在直流侧故障后，故障发生后电流迅速上升。当保护系统检测到过流现象，达到保护系统启动阈值后，导通转移支路，闭锁辅助子模块LCS，触发晶闸管SCR1，在电流转移至转移支路3后，关闭SCR1的触发信号。
主限流状态为图3(c)所示，导通辅助子模块LCS1及LCS2，闭锁全部转移支路3子模块，将故障电流逐步转移至Llim-Rlim所在的主限流支路中，在换路过程中依靠断路MOV消耗一部分短路故障能量降低故障电流幅值。当换流完成后反并联晶闸管SCR1受RCD缓冲模块中电容的反压而自关断，完成主限流的换路过程。主限流过程完成后，其导通状态如附图3(b)所示。
后备限流状态图3(e)所示，导通SCR2和转移支路3中子模块，闭锁LCS1，跳开UFD2等待其达到额定开距后，按照附图5的控制方式，最终达到故障电流的幅值限制效果。
图5所示控制方式为：首先通过设定最大限流数值，通过与当前故障电流形成比例积分控制，得到转移支路3中子模块的投入个数；然后再按照氧化锌避雷器MOV吸收能量的大小降序排列，按照能量由小到大的方式，投切转移支路3中子模块，以保证每组MOV子模块平均吸收能量接近。
断路器电流清除状态如附图4所示，闭锁所有转移支路3中子模块，导通SCR1和SCR2，投入全部MOV使电流迅速降为0，从而隔离故障线路。其中，Llim的储存的能量通过Rlim经过转移支路1和转移支路2构成旁路回路耗泄，不再通过MOV耗泄，从而达到加速本发明中断路器模态的开断，缩短开断时间的目的。
本发明的断路器，还包括控制系统，控制系统与各部分受控器件控制面板、互感器、保护系统以光纤形式连接；具体的，所述控制系统用于接收互感器、保护系统所发出的信号，用于时间延时，还用于计算和判定各支路是否达到相应投入阈值及发出对应的控制信号。
下面对本发明的断路器的控制方法进一步说明，断路器控制包括启动控制，限流控制和故障电流清除控制，其中
断路器的启动控制，包括：
当检测到某个接线端外部故障，故障电流上升达到保护系统启动阈值后，触发转移支路1和转移支路3，使转移支路1和转移支路3处于导通状态；然后闭锁辅助子模块LCS1并给快速机械开关UFD1发分闸命令，等待快速机械开关UFD1达到一定开距后，关闭转移支路1的触发信号。使故障电流脱离主电流支路，完成启动控制。
故障电流的限流控制，包括主限流控制和辅助限流控制，且主限流控制咸鱼后备限流控制：
触发辅助子模块LCS1及LCS2，闭锁全部转移支路3触发信号，使氧化锌避雷器投入电路，同时将故障电流逐步转移限流支路中。当主限流完成后转移支路1受RCD缓冲模块中电容的反压而自主关断，完成主限流的换路控制过程。
触发转移支路2和转移支路3，闭锁辅助子模块LCS1，给快速机械开关UFD2发分闸命令，等待其达到额定开距后，根据以下控制方式触发转移支路3中子模块，完成故障电流的后备限流控制：首先通过设定最大限流数值，通过与当前故障电流形成比例积分控制，得到转移支路3中子模块的投入个数；然后再按照氧化锌避雷器吸收能量的大小降序排列，吸收能量小的氧化锌避雷器所并联的子模块关闭触发信号，使吸收能量小的氧化锌避雷器优先投入限流，以保证每组氧化锌避雷器平均吸收能量接近。
故障电流清除控制，包括：
当开断信号位于断路器启动期间时，断路器的启动控制完成后，直接关闭转移支路3中子模块的触发信号，将耗能支路全部氧化锌避雷器投入，当故障电流下降至0时，完成故障电流的迅速清除。
当开断信号位于限流控制期间时，触发转移支路1和转移支路2，使限流支路旁路，闭锁所有转移支路3中子模块，投入全部MOV使电流降为0，从而隔离故障线路。其中，转移支路限流电抗器Llim的储存的能量通过转移支路限流电阻Rlim经过转移支路1和转移支路2构成旁路回路耗泄，不再通过氧化锌避雷器耗泄，加速断路器的开断，缩短开断时间。

Claims (4)

1.一种具双重限流功能的混合式直流断路器，包括：主电流回路、限流支路、转移支路1、转移支路2、转移支路3、耗能支路和控制系统。其中：
所述主电流回路，第一端与第一直流电接口连接，第二端与第二直流电接口连接；所述主电流回路包括快速机械开关(UFD)两组，可控电力电子辅助开关(LCS)一组，三者以串联形式连接；
所述限流支路，与主电流回路中第一组快速机械开关并联；所述限流支路设有限流电感、限流电阻、可控电力电子辅助开关，且三者以串联形式连接；
所述转移支路1，第一端与第一直流电接口连接，第二端与转移支路3连接；所述转移支路1包括反并联晶闸管(SCR)；
所述转移支路2，第一端与转移支路1连接，第二端与限流支路连接；所述转移支路2包括反并联晶闸管；
所述转移支路3，第一端与转移支路1连接，第二端与第二直流电接口连接；所述转移支路3包括多组可控电力电子开关，每组开关均设置有RCD缓冲支路；每组可控电力电子开关以串联形式连接；
所述耗能支路，与转移支路3以并联形式连接。
2.根据权利要求1所述的混合式直流断路器，其特征在于，所述耗能支路由多组氧化锌避雷器串联而成，且每组氧化锌避雷器均与转移支路3中的每组可控电力电子开关以并联的形式连接。
3.根据权利要求1所述的混合式直流断路器，其特征在于，可控电力电子开关为单项或双向导通、不控或者全控的控制器件组成。
4.根据权利要求1所述的混合式直流断路器，其特征在于，各支路均装有电压、电流互感器。
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