CN113595041B - 组合式直流保护装置 - Google Patents
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Abstract
公开了组合式直流保护装置，组合式直流保护装置包括串联的熔断开断装置、振荡开断装置、出线端A1和出线端A2，其中，熔断开断装置包括第一主电流支路和熔断器支路，第一主电流支路包括高速机械开关S1，高速机械开关S1一端连接出线端A1，熔断支路包括单个或多个熔断器串并联，熔断支路与第一电流主支路并联，振荡开断装置包括第二主电流支路、LC支路和耗能支路，第二主电流支路串联第一主电流支路，第二主电流支路包括高速机械开关S2，高速机械开关S2一端连接所出线端A2；LC支路包括串联的电容C与电感L，电容C远离电感L的一端与电感L远离电容C的一端并联于高速机械开关S2的两端；耗能支路并联于LC支路两端。
Description
技术领域
本发明涉及直流保护领域，特别是一种组合式直流保护装置。
背景技术
直流断路器和直流负荷开关是维持直流电力系统安全稳定运行的核心设备。目前基于固态开关转移开断方案的混合式直流负荷开关开断速度快，但由于大功率电力电子器件串联在额定通流回路中，额定通流损耗高，价格昂贵，且开断能力有限；基于爆炸驱动的熔断桥开断装置成本低，开断容量大，但其无法开断额定及以下电流，且该设备为一次性设备，动作后需要整体更换。针对上述两种开断方案的不足，本文提出了一种集成熔断开断装置和振荡开断装置的组合式直流保护设备，具有额定通流损耗低，开断能力强，全电流范围开断速度快，维护性高等优势，能够满足目前直流配电网安全、可靠、经济的要求。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于提供一种组合式直流保护装置，根据系统开断工况要求，分别控制熔断开断装置和振荡开断装置动作，实现全电流范围的快速保护。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
一种组合式直流保护装置包括串联的熔断开断装置、振荡开断装置、出线端A1和出线端A2，其中，
熔断开断装置包括第一主电流支路和熔断器支路，第一主电流支路包括高速机械开关S1，高速机械开关S1一端连接出线端A1，所述熔断支路包括单个或多个熔断器串并联，所述熔断支路与第一电流主支路并联，
振荡开断装置包括第二主电流支路、LC支路和耗能支路，所述第二主电流支路串联所述第一主电流支路，所述第二主电流支路包括高速机械开关S2，高速机械开关S2一端连接所出线端A2；所述LC支路包括串联的电容C与电感L，电容C远离电感L的一端与电感L远离电容C的一端并联于高速机械开关S2的两端；耗能支路并联于LC支路两端。
所述的组合式直流保护装置中，系统正常通流状态下，系统正常通流状态下，系统电流由所述熔断开断装置的第一主电流支路和振荡开断装置的第二主电流支路流过；
当关断额定电流时，控制系统向高速机械开关S2发出分闸动作指令，高速机械开关S2动作，在S2断口电弧电压的作用下，电流由高速机械开关S2振荡转移至LC支路，随后转移至耗能支路中，完成开断，在此过程中，高速机械开关S1不进行任何动作；
当发生短路故障时，控制系统向高速机械开关S1发出分闸动作指令，高速机械开关S1动作；在S1电弧电压的作用下，电流迅速转移至熔断器中，随后熔断器发生熔断，完成开断，在此过程中，高速机械开关S2不进行任何动作。
所述的组合式直流保护装置中，所述熔断器采用一个或者多个并联的连接方式。
所述的组合式直流保护装置中，电感L是线路杂散电感或外接电感。
所述的组合式直流保护装置中，所述高速机械开关S1和/或高速机械开关S2为弧压增强的真空开关、液体开关、空气开关、SF6开关的单个或多个串并联组合。
本发明所述的组合式直流保护装置过将熔断开断装置和振荡开断装置串联组合，额定电流开断情况下，由振荡开断装置动作；在故障电流开断情况下，由熔断开断装置动作；以此实现低成本的全电流范围快速保护。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是直流组合保护装置结构示意图；
图2是直流组合保护装置的拓扑结构；
图3(a)至图3(e)是本发明直流组合保护装置开断额定电流时的工作示意图；
图4(a)至图4(d)是本发明直流组合保护装置开断短路电流时的工作示意图；
图5给出一种本发明拓扑结构的推演实例；
图6给出一种本发明拓扑结构的推演实例；
图7给出一种本发明拓扑结构的推演实例。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图图1至图7更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
如图1至图2所示，组合式直流保护装置包括串联的熔断开断装置、振荡开断装置、出线端A1和出线端A2，其中，
熔断开断装置包括第一主电流支路和熔断器支路，第一主电流支路包括高速机械开关S1，高速机械开关S1一端连接出线端A1，所述熔断支路包括单个或多个熔断器串并联，所述熔断支路与第一电流主支路并联，
振荡开断装置包括第二主电流支路、LC支路和耗能支路，所述第二主电流支路串联所述第一主电流支路，所述第二主电流支路包括高速机械开关S2，高速机械开关S2一端连接所出线端A2；所述LC支路包括串联的电容C与电感L，电容C远离电感L的一端与电感L远离电容C的一端并联于高速机械开关S2的两端；耗能支路并联于LC支路两端。
所述的组合式直流保护装置的优选实施例中，系统正常通流状态下，系统正常通流状态下，系统电流由所述熔断开断装置的第一主电流支路和振荡开断装置的第二主电流支路流过；
当关断额定电流时，控制系统向高速机械开关S2发出分闸动作指令，高速机械开关S2动作，在S2断口电弧电压的作用下，电流由高速机械开关S2振荡转移至LC支路，随后转移至耗能支路中，完成开断，在此过程中，高速机械开关S1不进行任何动作；
当发生短路故障时，控制系统向高速机械开关S1发出分闸动作指令，高速机械开关S1动作；在S1电弧电压的作用下，电流迅速转移至熔断器中，随后熔断器发生熔断，完成开断，在此过程中，高速机械开关S2不进行任何动作。
所述的组合式直流保护装置的优选实施例中，所述熔断器采用一个或者多个并联的连接方式。
所述的组合式直流保护装置的优选实施例中，电感L是线路杂散电感或外接电感。
所述的组合式直流保护装置的优选实施例中，所述高速机械开关S1和/或高速机械开关S2为弧压增强的真空开关、液体开关、空气开关、SF6开关的单个或多个串并联组合。
在一个实施例中，熔断开断装置包括主电流支路及其并联的熔断器支路；振荡开断装置包括三个并联的主电流支路，LC支路和能量耗散支路。
图3(a)至图3(e)给出了直流组合保护设备具体开断额定电流过程中，电流转移的过程：
(1)如图3(a)所示正常通流状态下，系统电流从出线端C1流入，经过机械开关S1和S2后从出线端C2流出；
(2)如图3(b)所示，当控制系统接受到额定开断信号时，控制系统发出分闸指令，高速机械开关S2打开；
(3)在S2断口电弧电压的作用下，电流由S2振荡转移至LC支路，S2电流过零；
(4)当电容电压达到耗能支路导通阈值电压时，电流转移至耗能支路中，完成开断；
(5)当电流流向相反时，电流转移过程与正向电流开断过程中电流转移的方式和时序相同。
图4(a)至图4(d)给出了直流组合保护设备具体开断短路电流过程中，电流转移的过程：
(1)如图4(a)所示正常通流状态下，系统电流从出线端C1流入，经过机械开关S1和S2后从出线端C2流出；
(2)如图4(b)所示，当控制系统接受到短路开断信号时，控制系统发出分闸指令，高速机械开关S1打开；
(3)在S1断口电弧电压的作用下，电流由S1快速转移至熔断器支路，S1电流过零；
(4)经短暂延迟后，熔断器发生熔断，电流过零，完成开断；
(5)当电流流向相反时，电流转移过程与正向电流开断过程中电流转移的方式和时序相同。
图5给出一种本发明拓扑结构的推演实例，熔断开断装置包括串联的高速机械开关S2和熔断器回路；振荡开断装置包括主电流回路、LC回路和耗能回路，其中，熔断开断装置、LC回路、耗能回路均并联所述主电流回路，所述主电流回路包括高速机械开关S1。所述组合式直流保护装置具有成本低、额定通流损耗小、全电流范围开断速度快等特点。
图6给出一种本发明拓扑结构的推演实例；熔断开断装置包括串联的晶闸管和熔断器回路；振荡开断装置包括主电流回路、LC回路和耗能回路，其中，熔断开断装置、LC回路、耗能回路均并联所述主电流回路，所述主电流回路包括高速机械开关S1。
图7给出一种本发明拓扑结构的推演实例；熔断开断装置包括并联的高速机械开关S1和熔断器回路；振荡开断装置包括主电流回路、LC回路和耗能回路，其中，熔断开断装置串联所述主电流回路，所述主电流回路包括高速机械开关S1、LC回路、耗能回路均并联所述熔断开断装置及主电流回路。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
Claims (1)
1.一种组合式直流保护装置，其特征在于：
所述组合式直流保护装置包括出线端A1和出线端A2，以及出线端A1和出线端A2之间的熔断开断装置、振荡开断装置，其中，
熔断开断装置包括串联的晶闸管和熔断器支路；振荡开断装置包括主电流支路、LC支路和耗能支路，其中，
所述熔断器支路包括单个或多个熔断器串并联，所述熔断器支路在串联所述晶闸管之后与所述主电流支路并联，
熔断开断装置、LC支路、耗能支路均并联所述主电流支路，所述主电流支路包括高速机械开关S1；所述LC支路包括串联的电容C与电感L，电容C远离电感L的一端与电感L远离电容C的一端并联于高速机械开关S1的两端；耗能支路并联于LC支路两端，电感L是线路杂散电感或外接电感；所述高速机械开关S1为弧压增强的真空开关、液体开关、空气开关的单个或多个串并联组合；
所述的组合式直流保护装置根据系统开断工况要求，分别控制熔断开断装置和振荡开断装置动作，实现全电流范围的快速保护，其中：
额定电流开断情况下，由振荡开断装置动作；
系统正常通流状态下，系统电流由所述主电流支路流过；
在故障电流开断情况下，由熔断开断装置动作；以此实现低成本的全电流范围快速保护。
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