CN207010216U - 一种低压直流断路器 - Google Patents

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杨艳
周在邦
戴培培
潘晟
黄�俊
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Abstract

本实用新型公开了一种低压直流断路器,由四条并联支路两端串联两个限流电抗器组成,这四条并联支路第一支路为主支路,由机械开关组成;第二支路为转移支路,由固态开关组成,该固态开关由若干个IGBT模块串联组成,每个IGBT模块由两个IGBT反向串联,并在每个IGBT上反向并联二极管;第三支路是由电阻和电容串联组成的缓冲回路;第四支路为由氧化锌避雷器构成的能量吸收回路,本实用新型能实现双向快速关断,且结构简单,制作方便,实用性强。

Description

一种低压直流断路器
技术领域
本实用新型涉及一种直流断路器,尤其是一种低压直流断路器,属于电力技术领域。
背景技术
随着经济的不断发展,由于化石能源枯竭和开采难度增大,同时造成了严重的环境问题。近年来,太阳能发电,燃料电池,风力发电等新能源得到大规模推广应用。于此同时,出现了电动汽车、变频设备、LED 照明灯、信息设备等大量直流负荷。而直流微网,作为分布式电源与直流负荷更高效率的接入形式,具有线路损耗低、传输容量大、传输距离远、电能质量高、以及不存在系统同步运行稳定性问题等优点,成为目前电力系统的发展趋势。而直流断路器是直流微网系统的重要设备,起着故障跳闸和保护系统中电力设备的关键作用,目前缺乏实用的直流断路器。
实用新型内容
本实用新型的目的是:针对目前发展直流微网的电力系统发展趋势,提供一种直流断路器方案,该直流断路器包括限流电路和与之串联的四条并联支路。限流电路由限流电感构成;四条并联支路中第一支路为机械开关,该机械开关用来导通正常负载电流;第二支路为固态开关,用来关断双向故障电流;第三支路为缓冲回路,由电阻、电容串联构成;第四支路为吸收回路,由氧化锌避雷器构成,用来吸收开断时线路电感能量,降低固态开关电压上升率和保护固态开关器件不受过压威胁。该直流断路器能实现双向快速关断。
本实用新型的技术方案为:一种低压直流断路器,包括第一限流电抗器、第二限流电抗器和电气支路,所述的第一限流电抗器、电气支路和第二限流电抗器依次组成串联线路。
所述的电气支路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路,所述的第一支路、第二支路、第三支路和第四支路为并联。
所述的第一支路由机械开关组成。
所述的第二支路包括至少一个IGBT模块串联组成;每个IGBT模块由两个IGBT反向串联,并在每个IGBT上反向并联二极管。
所述的第三支路由电阻和电容串联组成。
所述的第四支路为氧化锌避雷器构成的能量吸收回路。
由于采用了上述技术方案,与现有技术相比,本实用新型中IGBT模块由两个电力电子元件 IGBT反向串联,并在每个IGBT上反向并联二极管,能实现电流双向快速关断。电力电子开关与机械开关并联一起,正常的时候由机械开关流过负荷电流,在开关需要开通或关断的时候,利用IGBT在机械开关断开和闭合过程中分流、钳压作用,实现机械开关迅速断开和闭合,可实现双向快速关断,且损耗低。缓冲吸收回路用于缓冲吸收开断时线路电感能量、降低固态开关电压上升率和保护固态开关器件不受过压威胁。限流电抗的功能是降低直流短路电流上升率,从而降低对机械开关速动性的要求。本实用新型结构简单,制作方便,实用性强。
附图说明
附图1为本实用新型运用在直流微网中的示意图;
附图2为本实用新型结构示意图;
图中标识为:1、第一限流电抗器,2、第二限流电抗器,3、机械开关,4、二极管,5、IGBT,6、IGBT模块,7、电容,8、电阻,氧化锌避雷器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明,但不作为对本实用新型的任何限制。
本实用新型的实施例:一种低压直流断路器,如附图1所示,风力发电、光伏发电、蓄电池、交、直流负荷等经过换流器变为低压等级的直流电压,通过直流断路器连接到低压直流母线上,某些直流负荷可以通过直流断路器直接连接到低压直流母线上。低压直流母线电压经过直流变压器升压,通过直流断路器连接到中压直流母线上。同时,燃料电池、微型燃气轮机、中压交、直流负荷等经过换流器变为中压等级的直流电压,通过直流断路器连接到中压直流母线上。中压直流母线再经过DC/AC换流器,通过交流断路器连接到交流系统。
其中所述的直流断路器结构如附图2所示,第一限流电抗器1、第二限流电抗器2为限流电抗器,电抗器在直流系统中并不体现其电抗特性,因此电抗的接入对直流系统的正常运行无影响,而故障时可起到明显的限流作用,可降低直流短路电流上升率,从而降低对机械开关速动性的要求,第一限流电抗器1、第二限流电抗器2位于固态开关的两端可限制双向故障电流。与两个限流电抗器串联的是四条并联支路,第一支路为主支路,由机械开关K组成,用来导通正常负载电流;第二支路为转移支路,由固态开关T组成,该固态开关由若干个IGBT模块串联组成,IGBT模块个数根据所使用直流电压等级确定,每个IGBT模块由两个IGBT反向串联,并在每个IGBT上反向并联二极管,该支路用来开通正常运行电流和关断双向故障电流;第三支路是由电阻和电容串联组成的缓冲回路,用来缓冲开断时线路电感能量,降低固态开关电压上升率;第四支路为由氧化锌避雷器构成的能量吸收回路,用来吸收开断时线路电感能量,保护固态开关器件不受过电压威胁。
按照本实用新型的技术方案,将所需的设备及元器件进行连接,即可进行试验,试验时按照下述方法进行试验:
合闸操作:先触发固态开关T使其导通,紧接着闭合机械开关K,使其在零电压下导通,确认机械开关导通后关断固态开关使其退出运行。固态开关T闭合后在限流电感的作用下,直流电流逐渐从零上升到稳态值,亦即限流电感在合闸初期阶段具有抑制直流电流上升率的作用,相当于对合闸过程起到了缓冲作用。合闸过程结束后,直流电源经机械开关向负载供电,限流电感只对直流纹波具有平抑作用,因此装置通态压降与损耗均很小。
分闸操作:包括正常分闸与短路分闸,两者操作过程基本相同,区别只是前者分断正常工作电流,而后者分断短路电流,限流电抗均起到抑制初期短路电流上升率的作用。在收到分闸命令或是检测到短路电流超过动作设定值时,立即发出分断机械开关与触通固态开关信号,此后机械开关经一段时间延时后开始分闸起弧,触头间的电弧电压逐渐升高,触头间的电阻逐渐增大,电流被迫转移至固态开关T当中,由于导通的固态开关压降很小,此阶段称为“零电压”阶段,即为“零电压”换流,同时将电弧电压钳位在固态开关通态压降上,此后机械开关在低电压小电流情况下顺利分断。随后向固态开关T发出关断信号,其所有IGBT阀组均快速关断,此期间电阻、电容和避雷器缓冲吸收回路自动投入工作,能够有效减缓开断电压上升速度,以确保阀组所承担的开断电压在其安全工作区范围内。

Claims (6)

1.一种低压直流断路器,包括第一限流电抗器(1)、第二限流电抗器(2)和电气支路,其特征在于:所述的第一限流电抗器(1)、电气支路和第二限流电抗器(2)依次组成串联线路。
2.根据权利要求1所述的一种低压直流断路器,其特征在于:所述的电气支路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路,所述的第一支路、第二支路、第三支路和第四支路为并联。
3.根据权利要求2所述的一种低压直流断路器,其特征在于:所述的第一支路由机械开关(3)组成。
4.根据权利要求2所述的一种低压直流断路器,其特征在于:所述的第二支路由至少一个IGBT模块(6)串联组成;每个IGBT模块(6)由两个IGBT单元(5)反向串联,并在每个IGBT单元(5)上反向并联二极管(4)。
5.根据权利要求2所述的一种低压直流断路器,其特征在于:所述的第三支路由电阻(8)和电容(7)串联组成。
6.根据权利要求2所述的一种低压直流断路器,其特征在于:所述的第四支路为氧化锌避雷器(9)构成的能量吸收回路。
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