CN113839333B - 基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜，包括：设置有通流支路单元的主开关柜的和设置有转移与耗能支路单元的辅助开关柜。本申请能够提高直流断路器的运行可靠性和各个部件拆卸、安装、检修和维护的便捷性。
Description
技术领域
本申请涉及电气控制领域，具体涉及一种基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜。
背景技术
光伏、风电等新能源发电技术的发展和储能技术的进步为中压直流系统提供了典型的应用场景。而高性能直流断路器可快速切断故障电流并隔离故障点，是构建多端直流输电系统或直流电网的关键设备之一。根据直流断路器的技术路线不同，一般可将直流断路器分为固态式、机械式和混合式三种类型。混合式直流断路器兼顾了机械式低损耗的特点和固态式快速性的优势，进而得到了国内外学者的广泛关注与研究，其一般包含通流支路、转移支路和耗能支路。
相比于交流断路器，混合式直流断路器所包含的元部件较多。因而在中压领域，混合式直流断路器开关柜的构成也更为复杂，一般至少需要两个柜体才能组成一套完整的直流断路器开关柜，因此存在安装检修不便、支路接线复杂、体积较大等问题。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
针对现有技术中的问题，本申请提供一种基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜，能够提高直流断路器的运行可靠性和各个部件拆卸、安装、检修和维护的便捷性。
为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：
第一方面，本申请提供一种基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜，包括：设置有通流支路单元的主开关柜的和设置有转移与耗能支路单元的辅助开关柜；
所述主开关柜中设置有控制室、隔刀室、手车室以及母线室，所述控制室、隔刀室、手车室自上而下分别设置于所述主开关柜的前部区域，所述母线室设置于所述主开关柜的后部区域；
所述辅助开关柜设置有耦合室、二极管室、耗能室、IGBT室以及隔离室，所述耦合室、二极管室、耗能室、IGBT室自上而下分别设置于所述辅助开关柜的前部区域，所述隔离室设置于所述辅助开关柜的后部区域。
进一步地，所述控制室设置有控制机箱，所述隔刀室设置有隔刀电动机构，所述手车室设置有带手车的快速机械开关，所述母线室设置有进线侧套管、进线侧隔刀刀闸、通流支路电流测量装置、转移与耗能支路电流测量装置、快速机械开关触头盒、直流电压测量装置以及直流母线避雷器。
进一步地，所述耦合室设置有耦合电抗、脉冲电容以及放电开关，所述二极管室设置有二极管组件，所述耗能室设置有耗能避雷器，所述IGBT室设置有IGBT组件，所述隔离室设置有进线侧隔离开关、出线侧隔离开关、隔离变压器、供能变压器以及出线套管。
进一步地，所述带手车的快速机械开关连接设置在所述进线侧隔刀刀闸之后，以构成所述直流断路器的通流支路。
进一步地，所述IGBT组件与所述耗能避雷器并联后接于所述二极管组件构成的整流桥内，所述二极管组件构成的整流桥外和所述耦合电抗串联于所述进线侧隔离开关和所述出线侧隔离开关之间，以构成所述直流断路器的转移与耗能支路。
进一步地，所述控制机箱通过光纤与所述带手车的快速机械开关、所述IGBT组件以及所述放电开关信号连接。
进一步地，所述隔离变压器、所述供能变压器与脉冲电容以及所述IGBT组件电气连接。
进一步地，所述主开关柜和所述辅助开关柜一体连接。
由上述技术方案可知，本申请提供一种基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜，通过不在通流支路中设置电力电子开关和主、辅两面开关柜并柜设计，减小了直流断路器的长期导通损耗，能够提高直流断路器的运行可靠性，同时通过将不同功能的部件布置于不同的区域，以使各区域之间相对独立，能够提高各个部件拆卸、安装、检修和维护的便捷性。
本发明所提出的一种基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜，其电流开断过程如下：在正常运行状态下，所述主开关柜的通流支路单元处于合闸状态，直流电流只流经所述快速机械开关。当直流断路器开关柜需要分断直流电流时，首先，向所述快速机械开关和所述IGBT组件分别发生分闸指令和导通指令；待所述快速机械开关触头分离并燃弧时，触发导通所述耦合室的的放电开关；之后，所述快速机械开关的电流将迅速减小并熄灭。此时，直流电流将全部转移至所述辅助开关柜的转移支路单元。当所述快速机械开关断口间可以耐受暂态开断过电压后，将所述IGBT室的IGBT组件关断，则直流电流将瞬间换流至所述耗能支路。此后，直流电流被所述耗能避雷器泄放，直流电流将逐步衰减至零。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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。
图1为本申请所述基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜的电路拓扑示意图；
图2为本申请所述基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜的右视图；
图3为本申请所述基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜的左视图；
图4为现有技术中的混合式直流断路器典型电路拓扑示意图；
图5a至图5c为本申请所述基于耦合电抗的中亚混合式直流断路器开关柜的开断过程。
[符号说明]
1-通流支路单元
11-进线侧套管
12-进线侧隔刀
121-隔刀电动机构
122-隔刀刀闸
13-带手车的快速机械开关
14-直流电压测量装置
15-直流母线避雷器
16-控制机箱
17-转移与耗能支路电流测量装置
18-通流支路电流测量装置
19-触头盒
20-电力电子开关
2-转移与耗能支路单元
21-进线侧隔离开关
22-耦合单元
221-脉冲电容
222-放电开关
223-耦合电抗
23-二极管组件
24-耗能避雷器
25-IGBT组件
26-出线侧隔离开关
27-出线套管
28-隔离变压器
29-供能变压器
A-主开关柜
A1-控制室
A2-隔刀室
A3-手车室
A4-母线室
B-辅助开关柜
B1-耦合室
B2-二极管室
B3-耗能室
B4-IGBT室
B5-隔离室
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
考虑到现有技术中混合式直流断路器所包含的元部件较多。因而在中压领域，混合式直流断路器开关柜的构成也更为复杂，一般至少需要两个柜体才能组成一套完整的直流断路器开关柜，因此存在安装检修不便、支路接线复杂、体积较大等问题，为了能够提高直流断路器的运行可靠性和各个部件拆卸、安装、检修和维护的便捷性，本申请提供一种基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜的实施例，参见图1、图2和图3，本实施例中，所述基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜具体包含设置有通流支路单元1的主开关柜A的和设置有转移与耗能支路单元2的辅助开关柜B；
所述主开关柜A中设置有控制室A1、隔刀室A2、手车室A3以及母线室，所述控制室A1、隔刀室A2、手车室A3自上而下分别设置于所述主开关柜A的前部区域，所述母线室设置于所述主开关柜A的后部区域；
所述辅助开关柜B设置有耦合室B1、二极管室B2、耗能室B3、IGBT室B4以及隔离室B5，所述耦合室B1、二极管室B2、耗能室B3、IGBT室B4自上而下分别设置于所述辅助开关柜B的前部区域，所述隔离室B5设置于所述辅助开关柜B的后部区域。
可以理解的是，本申请设置有通流支路单元1的主开关柜A中并无电力电子开关20，由此可以极大地减小了直流断路器的长期导通损耗，使得直流断路器开关柜中无需冷却装置，降低了开关柜的设计难度。
可以理解的是，本申请的直流断路器开关柜由主开关柜A和辅助开关柜B两面开关柜并柜构成。当辅助开关柜B内部件需要更换或检修时，可断开辅助开关柜B内的隔离开关，从而提高直流断路器的运行可靠性，并确保操作人员和开关柜的安全。
可以理解的是，本申请的通流支路单元1布置于同一主开关柜A中，不同功能的元件布置于不同的隔室，各隔室之间相对独立，便于各个元件的安装及检修。
可以理解的是，本申请的直流断路器的转移与耗能支路单元2布置于同一辅助开关柜B中，不同功能的部件布置于不同的区域，各区域之间相对独立。各部件结构紧凑、重量适宜，便于各个部件后续定期的拆卸、安装、检修和维护
从上述描述可知，根据本申请实施例提供的基于耦合电抗223的中压混合式直流断路器开关柜，通过不在通流支路中设置电力电子开关20和主、辅两面开关柜并柜设计，减小了直流断路器的长期导通损耗，能够提高直流断路器的运行可靠性，同时通过将不同功能的部件布置于不同的区域，以使各区域之间相对独立，能够提高各个部件拆卸、安装、检修和维护的便捷性。
参见图4，作为一种优选地实施方式，所述控制室A1设置有控制机箱16，所述隔刀室A2设置有隔刀电动机构121，所述手车室A3设置有带手车的快速机械开关13，所述母线室设置有进线侧套管11、进线侧隔刀12刀闸、通流支路电流测量装置18、转移与耗能支路电流测量装置17、快速机械开关触头盒19、直流电压测量装置14以及直流母线避雷器15。
作为一种优选地实施方式，所述耦合单元22中耦合电抗223的原边线圈连接于所述进线侧隔离开关21与所述二极管组件23之间、耦合电抗223的副边线圈与脉冲电容221和放电开关222串联连接，所述耦合室B1设置有耦合电抗223、脉冲电容221以及放电开关222，所述二极管室B2设置有二极管组件23，所述耗能室B3设置有耗能避雷器24，所述IGBT室B4设置有IGBT组件，所述隔离室B5设置有进线侧隔离开关21、出线侧隔离开关26、隔离变压器28、供能变压器29以及出线套管27。
作为一种优选地实施方式，所述带手车的快速机械开关13连接设置在所述进线侧隔刀12的隔刀刀闸122之后，以构成所述直流断路器的通流支路。
作为一种优选地实施方式，所述IGBT组件与所述耗能避雷器24并联后接于所述二极管组件23构成的整流桥内，所述二极管组件23构成的整流桥外和所述耦合电抗223串联于所述进线侧隔离开关21和所述出线侧隔离开关26之间，以构成所述直流断路器的转移与耗能支路。
作为一种优选地实施方式，所述控制机箱16通过光纤与所述带手车的快速机械开关13、所述IGBT组件以及所述放电开关222信号连接。
作为一种优选地实施方式，所述隔离变压器28、所述供能变压器29与脉冲电容221以及所述IGBT组件电气连接。
作为一种优选地实施方式，所述主开关柜A和所述辅助开关柜B一体连接。
可以理解的是，本申请的直流断路器开关柜由主开关柜A和辅助开关柜B两面开关柜并柜构成。当辅助开关柜B内部件需要更换或检修时，可断开辅助开关柜B内的隔离开关，从而提高直流断路器的运行可靠性，并确保操作人员和开关柜的安全。
作为一种优选地实施方式，在正常运行状态下，所述主开关柜A的通流支路单元1处于合闸状态，直流电流流经方向如图5a所示，其中辅助开关柜B中的所述脉冲电容器221需要进行预充电，且所述进线侧隔离开关21、所述出线侧隔离开关26处于合闸状态，而所述放电开关222和所述IGBT组件25均处于断开状态。
作为一种优选地实施方式，当直流断路器开关柜需要分断直流电流时，首先，向所述快速机械开关13和所述IGBT组件25分别发生分闸指令和导通指令；待所述快速机械开关13触头分离并燃弧时，触发导通所述耦合室的的放电开关222；之后，所述快速机械开关的电流将迅速减小并熄灭。此时，直流电流将全部转移至所述辅助开关柜的转移支路单元，如图5b所示
作为一种优选地实施方式，当所述快速机械开关断口间可以耐受暂态开断过电压后，将所述IGBT室的IGBT组件25关断，则直流电流将瞬间换流至所述耗能支路。此后，直流电流被所述耗能避雷器24泄放，直流电流将逐步衰减至零。最后将所述进线侧隔离开关21、所述出线侧隔离开关26断开，从而进一步切断直流泄漏电流，如图5c所示。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜，其特征在于，包括设置有通流支路单元的主开关柜的和设置有转移与耗能支路单元的辅助开关柜，所述主开关柜和所述辅助开关柜一体连接；
所述主开关柜中设置有控制室、隔刀室、手车室以及母线室，所述控制室、隔刀室、手车室自上而下分别设置于所述主开关柜的前部区域，所述母线室设置于所述主开关柜的后部区域；
所述控制室设置有控制机箱，所述隔刀室设置有隔刀电动机构，所述手车室设置有带手车的快速机械开关，所述母线室设置有进线侧套管、进线侧隔刀刀闸、通流支路电流测量装置、转移与耗能支路电流测量装置、快速机械开关触头盒、直流电压测量装置以及直流母线避雷器；
所述辅助开关柜设置有耦合室、二极管室、耗能室、IGBT室以及隔离室，所述耦合室、二极管室、耗能室、IGBT室自上而下分别设置于所述辅助开关柜的前部区域，所述隔离室设置于所述辅助开关柜的后部区域；
所述耦合室设置有耦合电抗、脉冲电容以及放电开关，所述二极管室设置有二极管组件，所述耗能室设置有耗能避雷器，所述IGBT室设置有IGBT组件，所述隔离室设置有进线侧隔离开关、出线侧隔离开关、隔离变压器、供能变压器以及出线套管。
2.根据权利要求1所述的基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜，其特征在于，所述带手车的快速机械开关连接设置在所述进线侧隔刀刀闸之后，以构成所述直流断路器的通流支路。
3.根据权利要求1所述的基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜，其特征在于，所述IGBT组件与所述耗能避雷器并联后接于所述二极管组件构成的整流桥内，所述二极管组件构成的整流桥外和所述耦合电抗串联于所述进线侧隔离开关和所述出线侧隔离开关之间，以构成所述直流断路器的转移与耗能支路。
4.根据权利要求1所述的基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜，其特征在于，所述控制机箱通过光纤与所述带手车的快速机械开关、所述IGBT组件以及所述放电开关信号连接。
5.根据权利要求1所述的基于耦合电抗的中压混合式直流断路器开关柜，其特征在于，所述隔离变压器、所述供能变压器与脉冲电容以及所述IGBT组件电气连接。
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