CN207572949U - 一种双向无弧型混合直流断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双向无弧型混合直流断路器，涉及直流断路器领域。该双向无弧型混合直流断路器由主电流电路、电流转移电路、过电压限制电路组成；主电流电路由高速开关K1、K2组成，电流转移电路由晶闸管T1、T2、T3、T4、T5、T6、二极管D1、D2以及电容器C组成，过电压限制电路由避雷器MOV组成；该混合直流断路器可以双向切除故障电流，其高速开关在分、合闸过程中均无电弧产生，避免了直流电弧难以熄灭的问题，同时通过电流转移，加快了高速开关电流过零，分断速度快，且电容充电方便、控制简单、成本低、可靠性高。

Description

一种双向无弧型混合直流断路器

技术领域

本实用新型属于直流断路器技术领域，具体涉及一种双向无弧型混合断路器。

背景技术

为了满足风能、太阳能等波动性新能源大规模并网的需求，直流输电系统的研究引起的越来越多的关注和重视；作为直流输电系统中清除直流线路故障的核心设备，直流断路器是直流输电系统研究的一个重点。

与传统交流输电系统相比，直流输电系统具有线路损耗低、传输能量大、传输距离远、以及不存在系统同步运行稳定性问题等优点，但由于直流输电系统存在潮流双向流动情况，因此要求直流输电系统中的断路器具有双向分断能力。

由于直流系统发生短路时没有电流过零的条件，于是分断直流电弧非常困难，因此迫切需要研制一种能对直流短路电流进行快速抑制且无弧的新型的保护装置；目前国内外已有的直流断路器大致可以分为三种：机械式、全固态式、和混合式直流断路器，其中混合式直流断路器依靠机械开关导通正常电流，固态开关拉断故障电流，同时具备前两种断路器的优点，运行稳定、通态损耗低、开断迅速、无弧、可靠性高，是目前研究的主要方向。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本实用新型的目的是提供一种双向无弧型混合直流断路器，通过对电容器的充放电实现切除故障电流时高速开关的无弧关断，同时加速电流过零，加快高速开关的关断速度，提高分断可靠性。

为达上述目的，本实用新型提供一种双向无弧型混合直流断路器，采取如下技术方案：一种双向无弧型混合直流断路器，包括并联连接的主电流电路、电流转移电路、过电压限制电路。

所述主电流电路由高速开关K1、K2串联组成，用于通过稳定运行状态下的电流。

所述的电流转移电路由晶闸管T1、T2、T3、T4、T5、T6、二极管D1、D2以及电容器C组成；其中T2的阳极与T3的阳极相连，T4的阳极与T5的阳极相连，电容器C的两端分别接在T2和T3支路、T4和T5支路的中点，T1的阴极与T2和T3支路和电容器C的交点相连，T1的阳极与主电流电路相连，T6的阴极与T4和T5支路的中点相连，二极管D1和D2的负极与晶闸管T6的阳极相连；通过对电容器C的充放电实现了高速开关在分、合闸过程中的无弧打开和无弧关断，并加快了高速开关电流过零，所述的电容器C无须预充电，可由电流转移电路对其进行充电，电流转移过程结束后，电容器C的电压极性不影响下一次的电流转移，无须对电容器C重新充电。

所述的过电压限制电路由避雷器MOV组成，用于消耗系统故障电流，并抑制分断过电压。

本实用新型的有益效果是：通过对电容器C的充放电实现了高速开关在分、合闸过程中的无弧打开和无弧关断，加快了高速开关电流过零，并可确保断路器可靠关断；电容器C无须预充电，可由电流转移电路对其进行充电，电流转移过程结束后，电容器C的电压极性不影响下一次的电流转移，无须对电容器C重新充电；本实用新型所提混合直流断路器可实现直流电流的双向分断；本实用新型所提混合直流断路器仅采用晶闸管和二极管，与可关断器件相比，具有过流能力强、性价比高、可靠性高的优点，同时控制方便、成本低且易于实现。

附图说明

图1为本实用新型的双向无弧型混合直流断路器方案的示意图。

图2为本实用新型的电容器充电过程的等效电路原理图。

图3为本实用新型的合闸过程的等效电路原理图。

图4为本实用新型的系统正常运行过程的等效电路原理图。

图5为本实用新型的开断短路电流过程的等效电路原理图。

图6为本实用新型的能量吸收过程的等效电路原理图。

具体实施方式

本实用新型提出一种双向无弧型混合直流断路器；下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的双向无弧型混合直流断路器方案的示意图，如图1所示，该混合直流断路器包括并联连接的主电流电路、电流转移电路、过电压限制电路。

所述主电流电路由高速开关K1、K2串联组成，用于通过稳定运行状态下的电流。

所述的电流转移电路由晶闸管T1、T2、T3、T4、T5、T6、二极管D1、D2以及电容器C组成；其中T2的阳极与T3的阳极相连，T4的阳极与T5的阳极相连，电容器C的两端分别接在T2和T3支路、T4和T5支路的中点，T1的阴极与T2和T3支路和电容器C的交点相连，T1的阳极与主电流电路相连，T6的阴极与T4和T5支路的中点相连，二极管D1和D2的负极与晶闸管T6的阳极相连。

所述的过电压限制电路由避雷器MOV组成，用于消耗系统故障电流，并抑制分断过电压。

图2为本实用新型的电容器充电过程的等效电路原理图，如图2所示，根据电流流向，该混合直流断路器接到合闸命令后，先闭合高速开关K1（或K2），然后触发晶闸管T1、T5（或T1、T4）导通，对电容器C进行充电，在此过程中，对电容器C可以实现双向充电，且电流转移过程结束后，电容器C的电压极性不影响下一次的电流转移，无须对电容器C重新充电。

图3为本实用新型的合闸过程的等效电路原理图，如图3所示，合闸过程中，根据电流流向，先闭合高速开关K1（或K2），然后触发晶闸管T1、T3（或T1、T2）导通，当电流从晶闸管T1、T3（或T1、T2）支路稳定流通时，闭合高速开关K2（或K1）；由于高速开关K2两端电位差保持为小于门槛电压的晶闸管导通压降，起弧电压条件不满足，不会产生电弧，当高速开关K2（或K1）触头完全接触后，压降小于晶闸管T3（或T2）导通压降，晶闸管T3（或T2）关断，合闸过程结束。

图4为本实用新型的系统正常运行过程的等效电路原理图，合闸过程结束后进入系统正常运行过程，此时，电流流向如图4所示。

图5为本实用新型的开断短路电流过程的等效电路原理图，开断短路电流时，根据电流流向，对高速开关K2（或K1）发出分闸命令，同时控制晶闸管T6、T3（或T6、T2）导通，此时电容器C放电，故障电流被迫从高速开关K2（或K1）向晶闸管T6、T3支路（或T6、T2支路）转移，由于高速开关K2（或K1）延时动作，电容器C放电电流反向流过高速开关，加速其电流过零，实现零电流无弧断开，确保断路器可靠关断。

图6为本实用新型的能量吸收过程的等效电路原理图，当电容器C放电结束后，故障电流对电容器C进行反向充电，电容器C两端电压的升高，当电容器C两端电压高于避雷器MOV导通电压时，避雷器MOV导通，系统电流快速下降，随着避雷器MOV导通，晶闸管T6、T3支路（或T6、T2支路）电流迅速减小，晶闸管T6、T3（或T6、T2）关断，整个分断过程完成。

Claims (1)

1.一种双向无弧型混合直流断路器，所述双向无弧型混合直流断路器由主电流电路、电流转移电路以及过电压限制电路并联组成；其特征在于：

（1）所述主电流电路由高速开关K1、K2组成，用于通过稳定运行状态下的电流；

（2）所述的电流转移电路由晶闸管T1、T2、T3、T4、T5、T6、二极管D1、D2以及电容器C组成；其中T2的阳极与T3的阳极相连，T4的阳极与T5的阳极相连，电容器C的两端分别接在T2和T3支路、T4和T5支路的中点，T1的阴极与T2和T3支路和电容器C的交点相连，T1的阳极与主电流电路相连，T6的阴极与T4和T5支路的中点相连，二极管D1和D2的负极与晶闸管T6的阳极相连；通过对电容器C的充放电实现了高速开关在分、合闸过程中的无弧打开和无弧关断，并加快了高速开关电流过零，所述的电容器C无须预充电，可由电流转移电路对其进行充电，电流转移过程结束后，电容器C的电压极性不影响下一次的电流转移，无须对电容器C重新充电；

（3）所述的过电压限制电路由避雷器MOV组成，用于消耗系统故障电流，并抑制分断过电压。