[发明专利]一种带饱和电抗器的高压直流断路器

说明书

本发明提供了一种带饱和电抗器的直流断路器，包括：主回路单元、充电换流单元、吸能限压单元和触发单元。主回路单元由机械开关与饱和电抗器串联构成，在开断故障电流时饱和电抗器可降低机械开关电流过零点前的电流下降率；充电换流单元由耦合电抗器和与之原边串联的触发开关、预充电电容以及与之副边串联的换流电容构成，为主回路单元提供反向高频电流从而产生人工过零点；吸能限压单元为氧化锌避雷器，限制主回路单元的两端电压；触发单元用于故障后触发充电换流单元使其导通。本发明提供的带饱和电抗器的高压直流断路器，可以实现故障电流的双向开断，降低开断前故障电流下降率，开断可靠性高，可降低电容器所需容量，造价低。

技术领域

本发明属于高压直流断路器领域，更具体地，涉及一种带饱和电抗器的高压直流断路器。

背景技术

由于传统化石能源的短缺、环境污染问题的加剧以及用户对电能需求的不断增长，使得可再生能源清洁能源的开发迅速发展。为了更经济地获取远距离可再生能源例如风能及太阳能，基于低损耗、远距离、大功率输电以及更有效地连接可再生能源入网和便于灵活操作的优点，高压直流输电得到了新的重视。

传统的直流输电工程多为两端系统，仅能实现两点之间的能量传输，当使用直流输电向多个负荷中心送电或多个交流系统间采用直流互联时，需要建设多条直流输电线路，这将极大地增加投资成本和运行费用。而多端直流输电系统充分开发了高压直流输电技术的经济优点和技术优点，是一种更有吸引力的输电技术，满足我国电力工业的发展需要。除了具备两端直流输电的优点外，多端直流输电还有可实现多电源供电、多落点受电；可靠更高，更加灵活；可以分期建设，提高投资效益等优点。

目前多端高压直流电网技术上的主要挑战，如网络结构的拓扑设计、大容量电缆、保护和开断短路电流的直流断路器等成为热门话题。对于多端高压直流电网，具有快速开断直流故障电流和隔离故障功能的直流断路器是必不可少和至关重要的。由于缺乏实用的高压直流断路器，当金属回路发生接地短路等较为严重的故障时，只能断开交流侧断路器，达到继电保护的目的，这样会使得故障的影响区域显著扩大，极大降低了多端直流输电系统的可靠性和灵活性。只有应用高压直流断路器，才有可能采用多端高压直流实现多个节点连接的可再生能源入网或退网、及时快速分离故障并可保证系统的安全可靠运行。因此研制适用于直流输电系统的高压直流断路器，对于发展柔性直流输电网变得尤为重要，对提高直流输电系统的可靠性和灵活性具有重要意义。

目前直流断路器主要分为三种类型：机械式直流断路器、全固态式直流断路器和混合式直流断路器。传统机械式高压直流断路器换流回路结构复杂，所需电容器容量大，体积大；混合式高压直流断路器通态损耗大，造价昂贵，对控制要求高；全固态式高压直流断路器的成本极高且通态损耗大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种带饱和电抗器的高压直流断路器，其目的在于解决现有的高压直流断路器在断开故障电流时由于故障电流下降率大导致机械开关无法断开的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种带饱和电抗器的高压直流断路器，包括：

主回路单元、充电换流单元以及触发单元；

所述主回路单元包括机械开关和与之串联的饱和电抗器，充电换流单元和吸能限压单元与主回路单元并联后接入电力系统线路中；

当有故障电流流过主回路单元时，触发单元发出信号，充电换流单元触发导通；从而使耦合电抗器副边和换流回路电容发生振荡电流，振荡电流用于与故障电流叠加使流过机械开关电流出现过零点；

在机械开关电流出现过零点前，饱和电抗器工作于不饱和区，电感值远大于未发生故障时电感值，限制了故障电流的下降率。

优选地，高压直流断路器还包括吸能限压单元，当所述机械开关断开后，吸能限压单元用于吸收故障电流被切断后电力系统中感性元件存储的能量来实现对所述机械开关的限压保护。