CN114467161B - 直流断路器 - Google Patents

Abstract

直流断路器具有机械式断路器、避雷器和换流电路。机械式断路器的第1端与第1直流送电线路连接，第2端与第2直流送电线路连接。换流电路具有第1开关、第2开关、电抗器、电容器和电阻。上述换流电路、上述避雷器和上述机械式断路器相互并联连接在上述第1直流送电线路与上述第2直流送电线路之间。上述第1开关、上述电容器和上述电抗器串联连接在上述第1直流送电线路与上述第2直流送电线路之间。串联连接上述第2开关和上述电阻并将它们与上述第1开关并联地设置。

Description

直流断路器

技术领域

本发明涉及直流断路器。

背景技术

近年来，多个直流送电线进行基于构成为格状的直流送电网的电力的送电。在直流送电网中发生了事故的情况下，存在仅将特定的送电线断路、通过其余的送电线继续电力的送电的情况。与此相关，已知关于将在直流送电线路中流动的电流断路的直流断路器的技术。

另外，在直流断路器中，存在使用半导体断路器的半导体断路方式、使用机械断路器的机械断路方式以及使用半导体断路器和机械断路器的两者的混合断路方式。机械断路方式的直流断路器将具有换流开关、换流电容器和换流电抗器的换流电路设为闭电路，通过使流过直流送电线路的电流产生共振电流而生成零点，从而使机械断路器断路，将流过直流送电线路的电流切断。

此外，换流开关存在机械方式、半导体方式以及放电方式，机械方式通过使电极中的一个或双方机械地动作，将电极间电气/机械地设为导通状态；半导体方式使用晶闸管或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)等半导体元件设为导通状态；以及放电方式，通过在固定的电极间施加外在因素，降低绝缘性能从而电气地设为导通状态。进而，机械方式的换流开关存在接触方式和非接触方式，接触方式具有一对电极，使电极中的至少一个移动而使电极间的距离接近，通过将电极间的绝缘性能降低至低于开路状态，使其绝缘击穿，从而使其成为闭合状态；非接触方式具有固定的一对电极，通过将电极间的绝缘性能降低至低于开路状态，使其绝缘击穿，从而使其成为闭合状态。

这里，机械方式的换流开关在闭合状态下，由于电极间的绝缘击穿产生电弧，成为电导通状态。因而，机械方式的换流开关存在有可能由于绝缘击穿产生浪涌，周边电路元件或其他周边设备误动作或故障的问题。

此外，直流断路器有时要求负责再闭路。对于混合断路方式或半导体断路方式的直流断路器，由于换流电容器通过将事故电流断路时的恢复电压充电，所以在进行再闭路以后，也有可能使机械断路器断路而将在直流送电线路流过的电流切断。

相对于此，使用机械方式的换流开关的直流断路器由于换流开关的电极间的绝缘性能恢复，流过电极间的电流切断，或在电流零点灭弧，所以有时在换流电容器的充电状态不合适的状态下结束电气导通状态。在此情况下，换流电容器没有充分地充电，或充电到规定的电压以上，存在不能适当地进行再闭路的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/166600号

发明内容

发明要解决的课题

本发明要解决的问题是提供一种能够在抑制浪涌的同时适当地进行再闭路的直流断路器。

用来解决课题的手段

技术方案的直流断路器具有机械式断路器、避雷器和换流电路。机械式断路器的第1端与第1直流送电线路连接，第2端与第2直流送电线路连接。换流电路具有第1开关、第2开关、电抗器、电容器和电阻。上述换流电路、上述避雷器和上述机械式断路器相互并联连接在上述第1直流送电线路与上述第2直流送电线路之间。上述第1开关、上述电容器和上述电抗器串联连接在上述第1直流送电线路与上述第2直流送电线路之间。串联连接上述第2开关和上述电阻并将它们与上述第1开关并联地设置。

附图说明

图1是表示实施方式的直流断路器1的结构的一例的图。

图2是示意地表示在直流系统中产生的异常的图。

图3是表示机械式断路器10被控制为机械开路状态的直流断路器1的状态的图。

图4是表示浪涌开关80被控制为闭合状态的直流断路器1的状态的图。

图5是表示换流开关50被控制为闭合状态的直流断路器1的状态的图。

图6是表示机械式断路器10被控制为电气开路状态的直流断路器1的状态的图。

图7是表示避雷器15动作后的直流断路器1的状态的图。

图8是表示控制为对换流电容器60进行充电的状态的直流断路器1的状态的图。

图9是表示换流开关50被控制为开路状态的直流断路器1的状态的图。

图10是表示浪涌开关80被控制为开路状态的直流断路器1的状态的图。

图11是表示第1隔离开关20及第2隔离开关30被控制为开路状态的直流断路器1的状态的图。

图12是表示有关直流断路器1的经时变化的一例的曲线图。

图13是表示直流断路器1的动作的一例的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图说明实施方式的直流断路器。

(实施方式)

[直流断路器1的结构]

图1是表示实施方式的直流断路器1的结构的一例的图。直流断路器1是使构成直流系统的直流送电线路中的第1直流送电线路LN1和第2直流送电线路LN2电气导通或断路的装置。在以下的说明中，将第1直流送电线路LN1处的直流电压记作第1电压VDC1，将第2直流送电线路LN2处的直流电压记作第2电压VDC2。第1电压VDC1及第2电压VDC2例如是几十～几百[kV]程度的电压。例如，在第1直流送电线路LN1侧存在送电设备，在第2直流送电线路LN2侧存在需求者。在此情况下，通常第1电压VDC1为比第2电压VDC2大的电压。因而，通常从第1直流送电线路LN1向第2直流送电线路LN2的方向流过直流系统电流。

直流断路器1例如具有一个以上的机械式断路器10、一个以上的隔离开关、避雷器15、换流电路40和控制部100。在本实施方式中，对直流断路器1具有第1隔离开关20和第2隔离开关30两个隔离开关的情况进行说明。在以下的说明中，在不区别第1隔离开关20和第2隔离开关30的情况下，简单记作“隔离开关”。换流电路40例如具有换流开关50、换流电容器60、换流电抗器70、浪涌开关80和浪涌电阻90。

控制部100例如从检测直流系统的异常的检测装置(未图示)接收表示使第1直流送电线路LN1和第2直流送电线路LN2电气断路的信号(以下，称作断路指示信号)。控制部100在接收到断路指示信号的情况下，以使第1直流送电线路LN1和第2直流送电线路LN2电气断路的方式对机械式断路器10、第1隔离开关20、第2隔离开关30、换流开关50及浪涌开关80的开关状态进行控制。直流系统的异常是指例如由于在直流送电线路中产生的接地故障或短路等事故而产生的异常。

机械式断路器10具有第1端子10a和第2端子10b。第1隔离开关20具有第1端子20a和第2端子20b。第2隔离开关30具有第1端子30a和第2端子30b。换流电路40具有第1端子40a和第2端子40b。换流开关50具有第1端子50a和第2端子50b。浪涌开关80具有第1端子80a和第2端子80b。

第1隔离开关20、机械式断路器10和第2隔离开关30以记载的顺序串联连接在第1直流送电线路LN1与第2直流送电线路LN2之间。具体而言，第1隔离开关20的第1端子10a与第1直流送电线路LN1连接，第1隔离开关20的第2端子20b与机械式断路器10的第1端子10a连接，机械式断路器10的第2端子10b与第2隔离开关30的第1端子30a连接，第2隔离开关30的第2端子30b与第2直流送电线路LN2连接。

避雷器15和换流电路40相互并联连接于机械式断路器10。具体而言，机械式断路器10的第1端子10a、避雷器15的一端和换流电路40的第1端子40a相互连接，机械式断路器10的第2端子10b、避雷器15的另一端和换流电路40的第2端子40b相互连接。

在换流电路40处，换流开关50、换流电容器60和换流电抗器70以记载的顺序串联连接在第1端子40a与第2端子40b之间。具体而言，第1端子40a与换流开关50的第1端子50a连接，换流开关50的第2端子50b与换流电容器60的一端(在图示中是正极端子)连接，换流电容器60的另一端(在图示中是负极端子)与换流电抗器70的一端连接，换流电抗器70的另一端与第2端子40b连接。此外，在换流电路40处，浪涌开关80和浪涌电阻90以记载的顺序串联地连接，并且与换流开关50并联地连接。具体而言，浪涌开关80的第1端子80a与换流开关50的第1端子50a连接，浪涌开关80的第2端子80b与浪涌电阻90的一端连接，浪涌电阻90的另一端与换流开关50的第2端子50b连接。

另外，在上述中对换流电路40具有第1端子40a及第2端子40b的情况进行了说明，但并不限于此，换流电路40也可以不具有第1端子40a及第2端子40b。在此情况下，在上述的结构中，经由第1端子40a及第2端子40b连接的各部直接连接。以下，为了说明的方便，假设换流电路40具有第1端子40a及第2端子40b而进行说明。

避雷器15吸收由于将机械式断路器10控制为闭合状态而产生的浪涌电压。避雷器15的限制电压在以直流系统中未发生事故等异常的状态下的第1电压VDC1及第2电压VDC2为基准的情况下，是1.5[p.u]左右的大小。

换流开关50例如是机械式开关。具体而言，换流开关50是接触方式开关，具有一对电极，基于控制部100的控制而使电极中的至少一个移动，使电极间的距离接近，使电极间的绝缘性能降低至低于开路状态而使其绝缘击穿，由此使其成为闭合状态。换流开关50是“第1开关”的一例。

另外，换流开关50也可以是非接触方式开关。在此情况下，换流开关50具有固定的一对电极，基于控制部100的控制使电极间的绝缘性能降低至低于开路状态而使其绝缘击穿，从而使其成为闭合状态。

换流电容器60例如在初始状态下通过未图示的充电装置，以在正极端子与负极端子之间产生的电压(以下称作电容器电压)与在直流系统未发生事故等异常的状态下的第1电压VDC1、第2电压VDC2一致或大致一致的方式进行充电。初始状态例如是直流断路器1的设置时或直流断路器1的运行开始时。充电装置例如既可以通过施加直流系统的系统电压将换流电容器60充电，也可以通过直流系统的系统电压以外的外部电源将换流电容器60充电。换流电容器60例如是具有几～几十[μF]左右的充电容量的电容器。

换流电容器60和换流电抗器70随着将换流开关50控制为闭合状态而构成LC谐振电路，通过与换流电容器60的电容成分及换流电抗器70的电抗成分对应的共振频率使直流系统电流共振，生成直流系统电流成为0[A]的定时。以下，将对直流系统电流成为0[A]的定时进行生成也记作“生成零点”。换流电抗器70设定与换流电容器60的电容对应的值，以使直到后述的时刻tg～th为止的再闭路时间成为在确保规定的再闭路时间的同时不超过预先设定的再闭路时间的最大值的范围。

浪涌开关80例如是机械式开关。浪涌开关80是“第2开关”的一例。

在将浪涌开关80控制为闭合状态的状态下，浪涌电阻90降低伴随着通过绝缘击穿将换流开关50控制为闭合状态而产生的浪涌。浪涌电阻90例如是几百～几k[Ω]左右的电阻值的电阻。

以下，参照图2～图11，说明直流断路器1的各状态。此外，参照图12，说明直流断路器1的各部的开闭状态的经时变化或各部的电的经时变化。图12是表示有关直流断路器1的经时变化的一例的曲线图。在图12中，横轴表示时间。波形W10表示机械式断路器10的开闭状态，波形W12表示浪涌开关80的开闭状态，波形W14表示换流开关50的开闭状态，波形W16表示隔离开关的开闭状态。在波形W10～W16中，“C”表示闭合状态(Close)，“O”表示开路状态(Open)。

此外，波形W20～W26是表示有关直流断路器1的电流的经时变化的波形，波形W20～W26的纵轴表示电流的大小。在波形W20～W26中，将在从第1直流送电线路LN1向第2直流送电线路LN2的方向上流过的直流系统电流的值用正值表示，将在从第2直流送电线路LN2向第1直流送电线路LN1的方向上流过的直流系统电流的值用负值表示。

波形W20是表示直流系统电流的经时变化的波形。波形W22是表示流过机械式断路器10的电流的经时变化的波形。波形W24是表示流过换流电容器60的电流的经时变化的波形。波形W26是表示流过避雷器15的电流的经时变化的波形。

波形W30、W32是表示有关直流断路器1的电压的经时变化的波形，波形W30、W32的纵轴表示电压的大小。波形W30是表示作用在机械式断路器10的电极间的电压的经时变化的波形。波形W34是表示电容器电压的经时变化的波形。

[从导通状态到异常发生为止]

如图1所示，在通过直流断路器1将第1直流送电线路LN1和第2直流送电线路LN2电气导通的状态(以下称作导通状态)下，控制部100将各部控制为以下这样的状态。在图12中导通状态是指时刻t0～ta之间。

·机械式断路器10：闭合状态

·避雷器15：停止状态

·第1隔离开关20：闭合状态

·第2隔离开关30：闭合状态

·换流开关50：开路状态

·浪涌开关80：开路状态

·换流电容器60：已充电的状态

图2是示意地表示在直流系统中产生的异常的图。在图2中，在第2直流送电线路LN2中产生接地故障事故，第2电压VDC2成为接地电位。如图12所示，接地故障事故在时刻ta产生。因此，如波形W20～W22所示，直流系统电流及流过机械式断路器10的电流在从时刻t0到时刻ta为止的期间中保持规定的值，在从时刻ta到换流电路40动作为止(到后述的时刻td为止)的期间中上升。

[异常产生后]

图3是表示机械式断路器10被控制为机械开路状态的直流断路器1的状态的图。检测装置随着在直流系统中产生异常，向直流断路器1发送断路指示信号。控制部100在时刻tb从检测装置接收到断路指示信号，将机械式断路器10控制为开路状态。此时的直流断路器1的各部的状态如下所述。

·机械式断路器10：机械开路状态

·避雷器15：停止状态

·第1隔离开关20：闭合状态

·第2隔离开关30：闭合状态

·换流开关50：开路状态

·浪涌开关80：开路状态

·换流电容器60：已充电的状态

如图12的波形W10所示，将机械式断路器10在时刻tb控制为闭合状态，电极间物理地分离。但是，尽管机械式断路器10电极间物理地分离，但由于在电极间产生电弧，所以不会电气断路(即，成为机械开路状态)。因而，如波形W20～W22所示，直流系统电流及流过机械式断路器10的电流在时刻tb～tc的期间中也上升。

[浪涌抑制]

图4是表示浪涌开关80被控制为闭合状态的直流断路器1的状态的图。控制部100为了降低伴随着将换流开关50设为闭合状态的浪涌，在时刻tc将浪涌开关80控制为闭合状态(参照图12)。此时的直流断路器1的各部的状态如下所述。

·机械式断路器10：机械开路状态

·避雷器15：停止状态

·第1隔离开关20：闭合状态

·第2隔离开关30：闭合状态

·换流开关50：开路状态

·浪涌开关80：闭合状态

·换流电容器60：稍微开始放电的状态

在图4中，浪涌开关80在被控制部100控制为机械闭合状态而电极间接触以前，通过在电极间引起绝缘击穿而产生电弧，成为电气导通状态。因而，虽然由于将浪涌开关80控制为闭合状态而产生浪涌，但该浪涌被浪涌电阻90抑制。此外，随着将浪涌开关80控制为闭合状态，在直流断路器1内，预先已充电的换流电容器60的电容器电压、浪涌电阻90和换流电抗器70作用于机械式断路器10、换流电抗器70、换流电容器60、浪涌电阻90及浪涌开关80的环路，开始流过微小的换流电流L3。

由于流过该微小的换流电流L3，换流电容器60放电，所以如图12的波形W24所示，在从时刻tc到换流电路40动作为止的期间中，流过换流电容器60的电流稍微上升。此外与此相伴，如波形W32所示，在从时刻tc到换流电路40动作为止的期间中，换流电容器60的电容器电压稍微减小。

[换流电路动作]

图5是表示换流开关50被控制为闭合状态的直流断路器1的状态的图。控制部100在时刻td将换流开关50设为闭合状态，使换流电路40动作(参照图12)。如上述那样，由于浪涌已经被浪涌电阻90抑制，所以即使在将换流开关50控制为闭合状态的情况下，也不产生浪涌，或者将浪涌抑制为周边电路元件或其他周边设备不误动作、故障的程度。此时的各部的状态如下所述。

·机械式断路器10：机械开路状态

·避雷器15：停止状态

·第1隔离开关20：闭合状态

·第2隔离开关30：闭合状态

·换流开关50：闭合状态

·浪涌开关80：闭合状态

·换流电容器60：放电状态

随着将换流开关50控制为闭合状态，在直流断路器1内，预先已充电的换流电容器60的电容器电压和换流电抗器70作用于机械式断路器10、换流电抗器70、换流电容器60、换流开关50的环路，开始流过比在上述的图4的情况下流过的微小的换流电流L3大的换流电流L3。换流电流L3的方向根据换流电容器60的正极端子和负极端子的连接方向及在直流系统中产生的事故的场所等而不同。在换流电流L3的方向与直流系统电流流过的方向相同(即同极性)的情况下，在换流电流L3中，在从时刻td到共振频率的1/2～3/4周期为止的期间中生成零点。此外，在换流电流L3的方向与直流系统电流流过的方向不同(即逆极性)的情况下，在换流电流L3中，在从时刻td到共振频率的1/4周期为止的期间中生成零点。在本实施方式中，对换流电流L3是与直流系统电流同极性的电流的情况进行说明。

在机械式断路器10，在时刻td以后，流过以与换流电容器60的电容成分及换流电抗器70的电抗成分对应的共振频率共振的换流电流L3。具体而言，如图12的波形W22和波形W24所示，在机械式断路器10和换流电容器60，在从时刻td到经过共振频率的3/4周期的时刻te为止的期间中，流过低于共振频率的3/4波的换流电流L3，在时刻te生成零点。此外，如波形W32所示，由于换流电容器60作用而流过换流电流L3，所以在从时刻td到时刻te为止的期间中，电容器电压减小。

[机械式断路器10的电气断路]

图6是表示机械式断路器10被控制为电气开路状态的直流断路器1的状态的图。控制部100随着在时刻te在流过机械式断路器10的换流电流L3生成了零点，将机械式断路器10控制为电气开路状态。控制部100例如随着生成了零点，通过气体断路或真空断路将电弧灭弧，将机械式断路器10控制为电气开路状态。此外，如图6所示，随着将机械式断路器10控制为电气开路状态，直流系统电流从第1直流送电线路LN1经由第1隔离开关20、换流开关50、换流电容器60、换流电抗器70及第2隔离开关30的路径流过第2直流送电线路LN2。此时的各部的状态如下所述。

·机械式断路器10：机械及电气都为开路状态

·避雷器15：停止状态

·第1隔离开关20：闭合状态

·第2隔离开关30：闭合状态

·换流开关50：闭合状态

·浪涌开关80：闭合状态

·换流电容器60：放电状态

如图12的波形W10所示，机械式断路器10在时刻te电弧灭弧，在时刻te以后，机械及电气都控制为开路状态。此外，如波形W30所示，由于机械及电气都控制为开路状态的机械式断路器10的电极间产生瞬态的恢复电压，所以在从时刻te到避雷器15动作为止(到后述的时刻tf为止)的期间中，作用在机械式断路器10的电极间的电压上升。此外，如波形W24所示，在从时刻te到避雷器15动作为止的期间中，在换流电容器60在充电方向上流过直流系统电流。因此，如波形W32所示，在从时刻te到避雷器15动作的期间中，电容器电压上升。

[避雷器15的动作]

图7是表示避雷器15动作的直流断路器1的状态的图。如上述那样，在时刻te以后，由于在机械式断路器10的电极间产生瞬态的恢复电压，所以作用在机械式断路器10的电极间的电压(即，作用在避雷器15的两端的电压)上升。并且，作用在机械式断路器10的电极间的电压到达避雷器15的动作电压，避雷器15动作。随着避雷器15动作，直流系统电流从第1直流送电线路LN1经由第1隔离开关20、避雷器15、第2隔离开关30的路径流过第2直流送电线路LN2。此时的各部的状态如下所述。

·机械式断路器10：机械及电气都为开路状态

·避雷器15：动作状态

·第1隔离开关20：闭合状态

·第2隔离开关30：闭合状态

·换流开关50：闭合状态

·浪涌开关80：闭合状态

·换流电容器60：大致没有进行充放电的状态

如图12的波形W30所示，在时刻tf作用在机械式断路器10的电极间的电压到达避雷器15的动作电压。并且，如波形W26所示，在时刻tf避雷器15开始动作，将恢复电压吸收。因此，如波形W26所示，在时刻tf急剧地增加的流过避雷器15的电流在从时刻tf到时刻tg为止的期间中逐渐减小，在时刻tg成为0[A]。与此相伴，如波形W20所示，在从时刻tf到时刻tg为止的期间中，直流系统电流逐渐减小。

此外，此时在从第1直流送电线路LN1向换流电路40的方向上几乎不流过直流系统电流。因此，波形W30表示的作用在机械式断路器10的电极间的电压和波形W32表示的电容器电压在从时刻tf到时刻tg为止的期间中保持时刻tf的定时的值。如波形W16所示，在从时刻tf到时刻tg为止的期间中，在换流开关50的电极间产生的电弧灭弧。

[换流电容器60的充电]

图8是表示控制为对换流电容器60进行充电的状态的直流断路器1的状态的图。如果避雷器15结束抑制恢复电压，则直流系统电流从第1直流送电线路LN1经由第1隔离开关20、换流开关50、换流电容器60、换流电抗器70及第2隔离开关30的路径流过第2直流送电线路LN2。此时的各部的状态如下所述。

·机械式断路器10：机械及电气都为开路状态

·避雷器15：停止状态

·第1隔离开关20：闭合状态

·第2隔离开关30：闭合状态

·换流开关50：闭合状态

·浪涌开关80：闭合状态

·换流电容器60：充电状态

如图12的波形W20所示，直流系统电流在从时刻tg到换流电容器60结束瞬态振动的时刻th为止的期间中振动。直流系统电流的振动随着瞬态振动稳定而衰减。因此，直流系统电流从时刻tg到时刻th逐渐收敛。此外，如波形W24所示，在换流电容器60，流过由于瞬态振动而振动的直流系统电。因此，如波形W32所示，电容器电压在从时刻tg到时刻th为止的期间中，即使由于瞬态振动而振动，也逐渐收敛为规定的电压。规定的电压是指与第1电压VDC1一致或大致一致的电压。

从时刻tg到时刻th为止的期间是再闭路时间的一例。再闭路时间是从直流断路器1使第1直流送电线路LN1和第2直流送电线路LN2电气断路到使其再次电气导通为止的时间。如上述那样，换流电容器60的电容及换流电抗器70的值设定为，在确保规定的再闭路时间的同时，在不超过预先设定的再闭路时间的最大值的范围中使瞬态振动收敛。

这里，存在在电容器电压收敛为规定的电压之前换流开关50的电极间的绝缘性能恢复、换流开关50的电弧截断或由于电流的零点而电弧灭弧、成为开路状态的情况。在此情况下，换流电容器60通过从第1直流送电线路LN1经由浪涌开关80及浪涌电阻90的路径流过第2直流送电线路LN2的直流系统电流，充电到规定的电压。

[换流开关50的开路状态]

图9是表示换流开关50被控制为开路状态的直流断路器1的状态的图。控制部100在时刻tg以后，判定换流电容器60的电容器电压是否是规定的电压。控制部100例如在直流系统电流的瞬态振动收敛的情况下，判定为换流电容器60已充电到规定的电压。控制部100在判定为换流电容器60已充电到规定的电压的情况下，将换流开关50控制为开路状态。此时的各部的状态如下所述。

·机械式断路器10：机械及电气都为开路状态

·避雷器15：停止状态

·第1隔离开关20：闭合状态

·第2隔离开关30：闭合状态

·换流开关50：开路状态

·浪涌开关80：闭合状态

·换流电容器60：已充电的状态

如图12的波形W20所示，控制部100判定在时刻th换流电容器60已充电到规定的电压，将换流开关50控制为开路状态。

[直流系统断路]

图10是表示第1隔离开关20及第2隔离开关30被控制为开路状态的直流断路器1的状态的图。图11是表示浪涌开关80被控制为开路状态的直流断路器1的状态的图。控制部100在将换流开关50控制为开路状态后，将第1隔离开关20及第2隔离开关30控制为开路状态。并且，控制部100在将第1隔离开关20及第2隔离开关30控制为开路状态后，将浪涌开关80控制为开路状态。图11的情况下的各部的状态如下所述。

·机械式断路器10：机械及电气都为开路状态

·避雷器15：停止状态

·第1隔离开关20：开路状态

·第2隔离开关30：开路状态

·换流开关50：开路状态

·浪涌开关80：开路状态

·换流电容器60：已充电的状态

如图12的波形W12所示，控制部100在时刻ti将第1隔离开关20及第2隔离开关30控制为开路状态。此外，如波形W12所示，控制部100在时刻tj将浪涌开关80控制为开路状态。

另外，控制部100既可以在将浪涌开关80控制为开路状态之后将第1隔离开关20及第2隔离开关30控制为开路状态，也可以将第1隔离开关20及第2隔离开关30依次控制为开路状态。

[动作流程]

图13是表示直流断路器1的动作的一例的流程图。首先，控制部100判定是否从检测装置接收到了表示使第1直流送电线路LN1和第2直流送电线路LN2电气断路的断路指示信号(步骤S100)。控制部100在直到从检测装置接收到断路指示信号为止的期间中待机。控制部100在接收到断路指示信号的情况下将机械式断路器10控制为开路状态(步骤S102)。接着，控制部100将浪涌开关80控制为闭合状态(步骤S104)。此时，随着将浪涌开关80控制为闭合状态而产生的浪涌被浪涌电阻90抑制。

接着，控制部100将换流开关50控制为闭合状态(步骤S106)。此时，由于通过浪涌电阻90充分地抑制了浪涌，所以即使换流开关50成为闭合状态，也不产生浪涌，或者将浪涌充分地抑制为周边电路元件或其他的周边设备不会误动作或故障的程度。此外，随着将换流开关50控制为闭合状态，在直流断路器1内，预先已充电的换流电容器60的电容器电压和换流电抗器70作用于机械式断路器10、换流电抗器70、换流电容器60、换流开关50的环路，流过以与换流电容器60的电容成分和换流电抗器70的电抗成分对应的共振频率共振的换流电流L3。

随着在流过机械式断路器10的共振性的换流电流L3生成了零点，控制部100将机械式断路器10控制为电气开路状态(步骤S108)。通过将机械式断路器10控制为电气开路状态，在机械式断路器10的电极间产生瞬态的恢复电压，所以作用在机械式断路器10的电极间的电压(即，作用在避雷器15的两端的电压)上升。并且，作用在机械式断路器10的电极间的电压到达避雷器15的动作电压，避雷器15动作(步骤S110)。

随着避雷器15动作，直流系统电流从第1直流送电线路LN1经由第1隔离开关20、避雷器15、第2隔离开关30的路径流过第2直流送电线路LN2。直流系统电流在直到换流电容器60结束瞬态振动为止的期间中振动。直流系统电流随着瞬态振动稳定而衰减。此外，由于在换流电容器60在充电方向上流过直流系统电流，所示电容器电压即使由于瞬态振动而振动，也逐渐收敛于规定的电压。规定的电压，是与第1直流送电线路LN1或第2直流送电线路LN2等直流系统供给的直流电压一致或大致一致的电压。

控制部100判定换流电容器60的电容器电压是否是规定的电压(步骤S112)。控制部100例如在直流系统电流的瞬态振动收敛的情况下，判定为换流电容器60已充电到规定的电压。控制部100在直到换流电容器60已充电到规定的电压为止的期间中待机。控制部100在判定为换流电容器60已充电到规定的电压的情况下，将换流开关50控制为开路状态(步骤S114)。接着，控制部100将隔离开关控制为开路状态(步骤S116)。接着，控制部100将浪涌开关80控制为开路状态(步骤S118)。由此，直流断路器1能够使第1直流送电线路LN1和第2直流送电线路LN2电气断路。

[实施方式的总结]

如以上所说明的那样，实施方式的直流断路器1具有机械式断路器10、避雷器15和换流电路40。机械式断路器10的第1端子10a经由第1隔离开关20与第1直流送电线路LN1连接，第2端子10b经由第2隔离开关30与第2直流送电线路LN2连接。换流电路40具有换流开关50、换流电容器60、换流电抗器70、浪涌开关80和浪涌电阻90。换流电路40、避雷器15和机械式断路器10相互并联连接在第1直流送电线路LN1与第2直流送电线路LN2之间。换流开关50、换流电容器60和换流电抗器70串联连接在第1直流送电线路LN1与第2直流送电线路LN2之间。串联连接浪涌开关80和浪涌开关80并将它们与换流开关50并联地设置。

这里，在浪涌开关80与浪涌电阻90的串联电路并未相对于换流开关50并联地设置的情况下，在电容器电压收敛为规定的电压之前，存在换流开关50的电极间的绝缘性能恢复而换流开关50成为开路状态的情况。如果在电容器电压收敛为规定的电压之前，换流开关50成为开路状态，则在下次将第1直流送电线路LN1和第2直流送电线路LN2断路时，存在换流电容器60未充满使充分的换流电流L3流过的电力、或换流电容器60过充使过度的换流电流L3流过的电力的情况。

在电容器电压相对于直流系统的电压大(即，换流电容器60过充电)的情况下，共振性的换流电流L3变大，时刻td～te的期间的流过机械式断路器10的电流零点的电流变化率(di/dt)有可能变大。取决于机械式断路器10的性能，在电流变化率(di/dt)大的换流电流L3中，有可能不能设为电气开路状态，第1直流送电线路LN1和第2直流送电线路LN2的断路失败。

另一方面，在电容器电压相对于直流系统的电压小(即，换流电容器60充电不足)的情况下，进行再闭路时的共振性的换流电流L3变小，有可能不能通过流过机械式断路器10的换流电流L3生成零点，第1直流送电线路LN1和第2直流送电线路LN2的断路失败。

根据实施方式的直流断路器1，通过将浪涌开关80与浪涌电阻90的串联电路相对于换流开关50并联地设置，即使换流开关50的电极间的电流截断或在电流的零点灭弧，也在换流电容器60经由浪涌开关80和浪涌电阻90持续流过直流系统电流，所以能够将换流电容器60可靠地充电到规定的电压。因而，本实施方式的直流断路器1能够在抑制浪涌的同时适当地进行再闭路。

说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，不是要限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种各样的省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

标号说明

1…直流断路器；10…机械式断路器；10a、20a、30a、40a、50a、80a…第1端子；10b、20b、30b、40b、50b、80b…第2端子；15…避雷器、20…第1隔离开关；30…第2隔离开关；40…换流电路；50…换流开关；60…换流电容器；70…换流电抗器；80…浪涌开关；90…浪涌电阻；100…控制部；L3…换流电流；LN1…第1直流送电线路；LN2…第2直流送电线路。

Claims (8)

1.一种直流断路器，其具有：

机械式断路器，第1端与第1直流送电线路连接，第2端与第2直流送电线路连接；

避雷器；以及

换流电路，具有第1开关、第2开关、电抗器、电容器和电阻；

上述换流电路、上述避雷器和上述机械式断路器相互并联连接在上述第1直流送电线路与上述第2直流送电线路之间；

上述第1开关、上述电容器和上述电抗器串联连接在上述第1直流送电线路与上述第2直流送电线路之间；

串联连接上述第2开关和上述电阻，将它们与上述第1开关并联地设置。

2.如权利要求1所述的直流断路器，其中，

还具有控制上述第1开关的开闭状态的控制部；

上述第1开关是具有固定的一对电极的非接触方式开关；

上述控制部通过将上述电极间的绝缘性能降低至低于开路状态而使其绝缘击穿，从而将上述非接触方式开关控制为闭合状态。

3.如权利要求1所述的直流断路器，其中，

还具有控制上述第1开关的开闭状态的控制部；

上述第1开关是具有一对电极的接触方式开关；

上述控制部通过使上述电极中的至少一个移动而使上述电极间的距离接近，将上述电极间的绝缘性能降低至低于开路状态而使其绝缘击穿，从而将上述接触方式开关控制为闭合状态。

4.如权利要求3所述的直流断路器，其中，

上述控制部在使上述电极中的至少一个移动时，不使上述电极间接触而使其移动到距离规定的距离的位置。

5.如权利要求1～4中任一项所述的直流断路器，其中，

通过向上述电容器施加供给到上述第1直流送电线路或上述第2直流送电线路的直流系统的系统电压而对其充电。

6.如权利要求1～4中任一项所述的直流断路器，其中，

通过对上述电容器施加作为从其他装置供给的电压的与供给到上述第1直流送电线路或上述第2直流送电线路的直流系统的系统电压同等的电压而对其充电。

7.如权利要求1～6中任一项所述的直流断路器，其中，

还具有控制上述第1开关的开闭状态的控制部；

上述电抗器和上述电容器随着上述控制部将上述第1开关控制为闭合状态，使供给到上述第1直流送电线路或上述第2直流送电线路的直流系统的系统电流通过共振频率共振，在上述系统电流生成零点。

8.如权利要求1～7中任一项所述的直流断路器，其中，

还具有控制上述机械式断路器、上述第1开关及上述第2开关的开闭状态的控制部；

上述控制部开始将上述机械式断路器设为开路状态而将上述第1端和上述第2端电气断路的控制；在开始将上述机械式断路器设为开路状态的控制之后，将上述第2开关控制为闭合状态；在将上述第2开关控制为闭合状态之后，将上述第1开关控制为闭合状态；在将上述第1开关控制为闭合状态之后，在随着上述电抗器和上述电容器使供给到上述第1直流送电线路或上述第2直流送电线路的直流系统的系统电流通过共振频率共振而产生的零点，将上述机械式断路器的上述第1端和上述第2端电气断路；在上述电容器的电压成为与上述直流系统的系统电压同等的电压的情况下，将上述第2开关控制为开路状态；在将上述第2开关控制为开路状态之后，将上述第1开关控制为开路状态；上述避雷器限制随着上述机械式断路器电气断路而在上述第1端与上述第2端之间产生的电压。