CN113965189A - 一种使线路电流流通和开断装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及开关技术领域，提供了一种使线路电流流通和开断装置及其控制方法，包括主通流支路、副振荡支路、主振荡支路和耗能支路，所述主通流支路、所述副振荡支路、所述主振荡支路和所述耗能支路相互并联连接；其中，所述主通流支路用于控制线路电流流过；所述主振荡支路用于产生振荡，以使所述线路电流转移至所述副振荡支路中；所述副振荡支路用于将电压充高，以使线路电流转移至所述耗能支路中。本申请中，主通流支路、主振荡支路、副振荡支路和耗能支路相互并联，且副振荡支路可以实现装置自身电压自储能，无需额外高压储能电源。

Description

一种使线路电流流通和开断装置及其控制方法

技术领域

本申请涉及开关技术领域，具体为一种使线路电流流通和开断装置及其控制方法。

背景技术

常规交流开关装置依靠电流的自然过零点熄弧进行开断，开断的时间不仅取决于开关装置的机械分闸时间，还取决于电流自然过零点的时间，而后者的时间不受控，在需要快速开断的场合，无法满足快速开断电流的要求。

此外，由于直流系统电流没有自然过零点，直流电流的开断始终是一个难题。目前直流开断装置原理主要分为混合式、固态式和机械式。混合式和固态式直流开断装置成本高、损耗大，很难广泛推广应用。此外，大多数直流开断装置都是机械分闸，而机械式存在储能困难的问题。

综上，提出一种新的使线路电流流通和开断装置及其控制方法来解决上述问题。

发明内容

为了解决或至少部分地解决上述技术问题，本申请提供一种使线路电流流通和开断装置，包括；

主通流支路、副振荡支路、主振荡支路和耗能支路，所述主通流支路、所述副振荡支路、所述主振荡支路和所述耗能支路相互并联连接；

其中，所述主通流支路用于控制线路电流流过；

所述主振荡支路用于产生振荡，以使所述线路电流转移至所述副振荡支路中；

所述副振荡支路用于将电压充高，以使线路电流转移至所述耗能支路中。

主通流支路、主振荡支路、副振荡支路和耗能支路相互并联，且副振荡支路可以实现装置自身电压自储能，无需额外高压储能电源。

优选的，所述副振荡支路包括副振荡电容、隔离开关，所述副振荡电容与所述隔离开关串联相连，串联相连的所述副振荡电容与所述隔离开关与所述主通流支路并联。

优选的，所述耗能支路包括氧化锌非线性电阻，氧化锌非线性电阻与主通流支路并联。

优选的，所述主振荡支路包括主振荡电容、振荡电感、触发开关、充电电阻、隔离二极管、极性转换晶闸管、极性转换电阻；

其中，所述主振荡电容、所述振荡电感和所述触发开关依次串联连接；

所述极性转换晶闸管的阴极与所述极性转换电阻的一端串联，所述极性转换晶闸管的阳极与所述主振荡电容的一端相连，所述极性转换电阻的另一端与所述主振荡电容的另一端相连；

所述充电电阻一端与所述极性转换晶闸管的的阳极连接，另一端与所述隔离二极管的阳极连接，所述隔离隔离二极管的阴极接地。

优选的，所述主振荡电容的容值大于所述副振荡电容容值。

优选的，所述触发开关为机械开关、电力电子固态开关、可控触发间隙中的一种。

优选的，所述充电电阻、所述隔离二极管为充电模块，所述充电模块输出端接所述主振荡电容，输入端接电源。

本申请还提供了，一种使线路电流流通和开断装置的控制方法，包括电流流通控制方法、电流开断控制方法，其中，

电流流通控制方法包括以下步骤：

S1、主通流支路合闸，使线路正常流过电流，主振荡支路充电储能，闭合副振荡支路；

电流开断控制方法包括以下步骤：

S2、主通流支路分闸，主振荡支路中合闸，以使线路电流转移至主振荡支路和副振荡支路并联回路

主振荡支路中分闸，以使主振荡支路电流熄弧，线路电流转移至副振荡支路；

同时控制副振荡支路中分闸，形成断口；

S3、主振荡支路中极性翻转，主通流支路合闸同时判断当故障电流是否大于等于预设阈值；

当大于等于该阈值时，返回步骤S2。

优选的，步骤S1包括

S11、控制主通流开关合闸，使线路正常流过电流，线路通过充电电阻为主振荡电容充电储能；

S12、控制副振荡支路中的隔离开关合闸。

优选的，步骤S2包括：

S21、控制主通流开关分闸；

S22、控制主振荡支路的触发开关合闸，且使得触发开关合闸时间大于主通流开关分闸时间，主振荡电容通过振荡电感向主通流开关注入振荡电流；

S23、主通流开关中的线路电流因注入的振荡电流产生过零点熄弧，线路电流转移至主振荡支路和副振荡支路并联回路；

S24、控制主振荡支路中的触发开关分闸，主振荡支路电流与副振荡支路电流产生振荡，当触发开关分闸后主振荡支路电流熄弧，线路电流转移至副振荡支路；

S25、线路电流将副振荡支路中的副振荡电容电压充高，至耗能支路氧化锌避雷器动作电压，线路电流最终转移至耗能支路，且在耗能支路中下降到零，完成电流开断；

S26、控制副振荡支路中的隔离开关分闸，形成明显断口；

步骤S3包括：

S31、控制极性转换晶闸管开通，主振荡电容通过极性转换晶闸管与极性转换电阻将电压极性进行翻转；

S32、控制副振荡支路中的隔离开关合闸；

S33、控制主通流开关合闸，合于永久性故障，当故障电流达到阈值值时重复上述使线路电流开断控制的步骤S2。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本申请实施例提供的使线路电流流通和开断装置，包括相互并联的主通流支路、主振荡支路、副振荡支路和耗能支路，副振荡支路可以实现装置自身电压自储能，无需额外高压储能电源；

同时本申请还提供了使线路电流流通和开断的控制方法，不仅可以实现线路短路大电流的快速开断，还能够满足小电流下的快速开断，以及快速重合闸功能，装置构成简单、成本大幅降低。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种使线路电流流通和开断装置原理示意图。

图2为本申请实施例提供的另一种使线路电流流通和开断装置原理示意图；

图3为本申请实施例提供的使线路电流流通和开断装置的流通控制方法流程示意图；

图4为本申请实施例提供的使线路电流流通和开断装置的开断控制方法流程示意图；

图5为本申请实施例提供的使线路电流流通和开断装置电流典型大电流开断波形示意图。

图6为本申请实施例提供的使线路电流流通和开断装置电流典型小电流开断波形示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图和实施例，对本申请技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本申请的限制。其只是包含了本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本申请的各种变化获得的其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语"上"、"下"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，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连 "、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

本申请发明人发现，目前市场上的直流开断装置成本比较高，很难广泛推广应用，此外，大多数直流开断装置都是机械式的，而机械式存在小电流开断慢、储能和快速重合闸困难等问题。

为此，本申请实施例提供了一种使线路电流流通开断装置，设置有相互并联的主通流支路、主振荡支路、副振荡支路和耗能支路，系统电压自储能，无需额外高压储能电源。

同时还提供了一种使线路电流流通开断装置的控制方法，不仅可以实现线路短路大电流的快速开断，还能够满足小电流下的快速开断，以及快速重合闸功能，装置构成简单、成本大幅降低。

下面结合具体的实施例进行详细说明。

实施例1

参见图1所示，图1为本申请实施例提供的一种使线路电流流通和开断装置原理示意图；该装置包括主通流支路10、副振荡支路20、主振荡支路30和耗能支路40，主通流支路10、副振荡支路20、主振荡支路30和耗能支路40四个支路相互并联连接。

主通流支路用于控制线路电流流过；主振荡支路用于产生振荡，以使线路电流转移至副振荡支路中；副振荡支路201用于将电压充高，耗能支路40产生动作电圧，使线路电流转移至耗能支路中。

其中，主通流支路10包括主通流开关101，通过开启或者关闭主通流开关101，可以实现控制线路电流流过。

副振荡支路20包括副振荡电容201、隔离开关202，副振荡电容201与隔离开关202串联相连，串联相连的副振荡电容201与隔离开关202与主通流开关101并联。

耗能支路40可以为非线性电阻。而为了能够方便监测电阻变化数据，本申请实施例中，优选的，耗能支路40可以为氧化锌非线性电阻401，氧化锌非线性电阻401与主通流开关101并联。

主振荡支路30可以包括主振荡电容301、振荡电感302、触发开关303、充电电阻304、隔离二极管305、极性转换晶闸管306、极性转换电阻307。

其中，主振荡支路30中的主振荡电容301、振荡电感302和触发开关303依次串联连接。

极性转换晶闸管306的阴极与极性转换电阻307的一端串联，极性转换晶闸管306的阳极与主振荡电容301的一端相连，极性转换电阻307的另一端与主振荡电容301的另一端相连，实现串联后的极性转换晶闸管306与极性转换电阻307与与主振荡电容301并联。

充电电阻304一端与极性转换晶闸管306的的阳极连接，另一端与隔离二极管305的阳极连接，隔离隔离二极管305的阴极接地。

此外，在本申请实施例中，主振荡电容301的容值可以大于副振荡电容201容值，确保主振荡电容301电流熄弧，线路电流转移至副振荡支路20处。

此外，振荡电感302可以为独立外置电感，也可以为回路连接导体自身电感。

为了能够提高控制精度，本申请实施例中，触发开关303可以为机械开关、电力电子固态开关、可控触发间隙中的一种。且触发开关303的合闸时间为数个毫秒，通常小于5毫秒。

实施例2

本申请发明人发现，在使线路电流流通和开断装置增加充电功能时，可以控制。为此，本申请实施例在实施例1的基础上进行改进，参见图2所示，图2为本申请实施例提供的另一种使线路电流流通和开断装置原理示意图；其改进之处为：

主振荡支路30中的充电电阻304、隔离二极管305还可以为与主振荡电容301并联的充电模块308。具体的，充电模块308输出端接主振荡支路的主振荡电容301进行供电，输入端接外界电源(图中未示出)。

本实施例中，充电模块308可以为输出为直流的线性开关电源，为主振荡电容301预先充电至预设值。

实施例3

参见图3所示，图3为本申请实施例提供的使线路电流流通和开断装置的流通控制方法流程示意图；其中，电流流通控制方法包括以下步骤：

S1、主通流支路10合闸，使线路正常流过电流，主振荡支路30充电储能；

S11、控制主通流开关101合闸，使线路正常流过电流，线路通过充电电阻304为主振荡电容301充电储能；

S12、控制副振荡支路中的隔离开关202合闸。

参见图4和图5所示，图4为本申请实施例提供的使线路电流流通和开断装置的开断控制方法流程示意图；图5为本申请实施例提供的使线路电流流通和开断装置电流典型大电流开断波形示意图；使线路电流流通和开断装置的电流开断控制方法：

S2、主通流支路10分闸，主振荡支路30中合闸，以使线路电流转移至主振荡支路30和副振荡支路20并联回路；

主振荡支路30中分闸，以使主振荡支路电流熄弧，线路电流转移至副振荡支路20；

同时控制副振荡支路20中分闸，形成明显断口；

S3、主振荡支路30中极性翻转，主通流支路10合闸同时判断当故障电流是否大于等于阈值；

当大于等于该预设阈值时，返回步骤S2；若小于阈值，则结束。

其中，预设阈值的大小可以根据实际情况进行确定，所以本申请实施例中不在进行详细的描述。

为了方便理解本实施例，下面进行更加详细的说明：

S21、控制主通流开关101分闸；

S22、控制主振荡支路30的触发开关303合闸，且使得触发开关303合闸时间△t大于主通流开关101分闸时间，主振荡电容301通过振荡电感302向主通流开关101注入振荡电流；

S23、主通流开关101中的线路电流因注入的振荡电流产生过零点熄弧，线路电流转移至主振荡支路30和副振荡支路20并联回路；

S24、控制主振荡支路中的触发开关303分闸，主振荡支路30电流与副振荡支路20电流产生振荡，当触发开关303分闸后主振荡支路30电流熄弧，线路电流转移至副振荡支路20；

参见图6所示，图6为本申请实施例提供的使线路电流流通和开断装置电流典型小电流开断波形示意图。如果线路电流为直流电流，并且电流值较小时，由于副振荡电容201电压小于主振荡电容301，副振荡电容201电压快速增加。

S25、线路电流将副振荡支路20中的副振荡电容201电压充高，耗能支路40中的氧化锌避雷器401产生动作电压，线路电流最终转移至耗能支路40，且在耗能支路40中下降到零，完成电流开断；

S26、控制副振荡支路20中的隔离开关202分闸，形成明显断口。

当第一次开断成功后，系统需要快速重合，并且此时故障没有消失，重合于故障的控制：

S31、控制极性转换晶闸管306开通，主振荡电容301通过极性转换晶闸管306与极性转换电阻307将电压极性进行翻转；

S32、控制副振荡支路20中的隔离开关合闸202；

S33、控制主通流开关101合闸，合于永久性故障，当故障电流达到阈值值时重复上述使线路电流开断控制的步骤S2。

本申请实施例提供的技术方案，通过设置主通流支路、主振荡支路、副振荡支路和耗能支路，通过系统电压自储能，无需额外高压储能电源，同时提出了利用主、副振荡电容谐振过程的控制方法，不仅可以实现线路短路大电流的快速开断，还能够满足小电流下的快速开断，以及快速重合闸功能，装置构成简单、成本大幅降低。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种使线路电流流通和开断装置，其特征在于，包括：主通流支路、副振荡支路、主振荡支路和耗能支路，所述主通流支路、所述副振荡支路、所述主振荡支路和所述耗能支路相互并联连接；其中，

所述主通流支路用于控制线路电流流过；

所述主振荡支路用于产生振荡，以使所述线路电流转移至所述副振荡支路中；

所述副振荡支路用于将电压充高，以使线路电流转移至所述耗能支路中。

2.根据权利要求1所述的使线路电流流通和开断装置，其特征在于，

所述副振荡支路包括副振荡电容、隔离开关，所述副振荡电容与所述隔离开关串联相连，串联相连的所述副振荡电容与所述隔离开关与所述主通流支路并联。

3.根据权利要求1所述的使线路电流开断装置，其特征在于，

所述耗能支路包括非线性电阻，非线性电阻与主通流支路并联。

4.根据权利要求2所述的使线路电流开断装置，其特征在于，

所述主振荡支路包括主振荡电容、振荡电感、触发开关、充电电阻、隔离二极管、极性转换晶闸管、极性转换电阻；

其中，所述主振荡电容、所述振荡电感和所述触发开关依次串联连接；

所述极性转换晶闸管的阴极与所述极性转换电阻的一端串联，所述极性转换晶闸管的阳极与所述主振荡电容的一端相连，所述极性转换电阻的另一端与所述主振荡电容的另一端相连；

所述充电电阻一端与所述极性转换晶闸管的的阳极连接，另一端与所述隔离二极管的阳极连接，所述隔离隔离二极管的阴极接地。

5.根据权利要求4所述的使线路电流开断装置，其特征在于，所述主振荡电容的容值大于所述副振荡电容容值。

6.根据权利要求4所述的使线路电流开断装置，其特征在于，所述触发开关为机械开关、电力电子固态开关、可控触发间隙中的一种。

7.根据权利要求4所述的使线路电流开断装置，其特征在于，

所述充电电阻、所述隔离二极管为充电模块，所述充电模块输出端接所述主振荡电容，输入端接电源。

8.一种使线路电流流通和开断装置的控制方法，其特征在于，包括电流流通控制方法、电流开断控制方法，其中，

电流流通控制包括以下步骤：

S1、主通流支路合闸，使线路正常流过电流，主振荡支路充电储能，闭合副振荡支路；

电流开断控制方法包括以下步骤：

S2、主通流支路分闸，主振荡支路中合闸，以使线路电流转移至主振荡支路和副振荡支路并联回路

主振荡支路中分闸，以使主振荡支路电流熄弧，线路电流转移至副振荡支路；

同时控制副振荡支路中分闸，形成断口；

S3、主振荡支路中极性翻转，主通流支路合闸同时判断当故障电流是否大于等于预设阈值；

当大于等于该阈值时，返回步骤S2。

9.根据权利要求8所述的一种使线路电流流通和开断装置的控制方法，其特征在于，步骤S1包括

S11、控制主通流开关合闸，使线路正常流过电流，线路通过充电电阻为主振荡电容充电储能；

S12、控制副振荡支路中的隔离开关合闸。

10.根据权利要求8所述的一种使线路电流流通和开断装置的控制方法，其特征在于，

步骤S2包括：

S21、控制主通流开关分闸；

S22、控制主振荡支路的触发开关合闸，且使得触发开关合闸时间大于主通流开关分闸时间，主振荡电容通过振荡电感向主通流开关注入振荡电流；

S23、主通流开关中的线路电流产生过零点熄弧，线路电流转移至主振荡支路和副振荡支路并联回路；

S24、控制主振荡支路中的触发开关分闸，主振荡支路电流与副振荡支路电流产生振荡，当触发开关分闸后主振荡支路电流熄弧，线路电流转移至副振荡支路；

S25、线路电流将副振荡支路中的副振荡电容电压充高，至耗能支路氧化锌避雷器动作电压，线路电流最终转移至耗能支路，且在耗能支路中下降到零，完成电流开断；

S26、控制副振荡支路中的隔离开关分闸，形成明显断口；

步骤S3包括：

S31、控制极性转换晶闸管开通，主振荡电容通过极性转换晶闸管与极性转换电阻将电压极性进行翻转；

S32、控制副振荡支路中的隔离开关合闸；

S33、控制主通流开关合闸，合于永久性故障，当故障电流达到阈值值时重复上述使线路电流开断控制的步骤S2。

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