[发明专利]基于真空与SF6灭弧室串联的高压直流断路器

说明书

本发明专利涉及基于真空与SF6灭弧室串联的高压直流断路器，真空断路器VIU和SF6断路器GIU串联构成主开关，振荡电路包括正向和负向振荡电路，若是正向故障电流，主开关快速分闸后并触发导通正向振荡电路，引入中频振荡电流叠加到主开关上，为主开关创造电流零点，触发正向串联晶闸管组件SCR2导通，反向TRV通过高压续流支路导通，当高压续流支路电流过零后，串联晶闸管组件SCR2过零关断，正向TRV时间到主开关和高压续流支路两端，分压电阻实现真空与SF6断口的动态电压分布与动态介质恢复强度协同效应，TRV电压达到避雷器的设置电压后，避雷器开始工作，电流开始由振荡电路向避雷器支路转移；并由隔离开关DS断开，实现直流故障电流的开断。

技术领域

本发明属于高压直流断路器领域，涉及一种基于真空与SF6断路器串联作为主开关，综合高压续流支路创造“电压零休”和动态介质恢复协同控制等关键技术的新型混合式高压直流断路器。

背景技术

多端直流输电系统、直流输配电网等是未来电网发展趋势与方向，高压直流电网在大容量远距离输电、新能源的并网及消纳和互联大电网等方面具有优势，同时，高压直流电网的工程应用面临一系列关键技术问题，其中之一是高压直流断路器研制。

目前高压直流断路器的开断方式大体上分为3类：自激振荡、强迫过零及电力电子器件与机械开关并联的混合式直流开断。其中以强迫过零与混合式直流断路器为国内外研究的主要热点。在混合式直流断路器方面，2012年ABB研制了基于高速隔离开关与IGBTs并联的HVDC断路器，其额定电压80kV，额定电流2kA，开断电流9kA，开断时间5ms，同时基于模块串联，提出了320kV混合式高压直流断路器方案。2014年，Alstom公司研制出了120kV/5ms/7.5kA混合式高压直流断路器样机。2015年，国家电网智能电网研究院研制出了200kV/3ms/12kA混合式高压直流断路器样机。在强迫过零开断领域，1984年日本东芝公司提出了基于真空与SF6灭弧室串联作为主开断单元的强迫过零方式的高压直流断路器，并研制了250kV、1200A实验样机。近年日本三菱公司，研制了额定电压80kV、开断电流16kA(开断时间10ms)的机械式强迫过零直流断路器。ABB研究了80kV、10.5kA直流断路器(开断时间5ms)。西电公司、西安交通大学等在2014年研制了55kV、16kA、5ms的直流断路器单元，并串联构成了110kV、12kA、4.6ms的直流断路器样机。大连理工大学邹积岩团队提出了机械联动的15kV、10kA直流断路器模块。

在强迫过零直流开断方面，真空开关具有动态介质恢复速度快、适用于中高频开断的特点，但其动态绝缘强度存在饱和效应，商业成熟应用的单断口真空断路器电压等级只能达到72.5kV，高压领域(110kV)的应用需要采用多断口串联技术，串联真空灭弧室较多，控制复杂，可靠性降低。传统的机械式强迫过零直流断路器模块电压等级较低，超特高压直流应用串联模块较多，而机械开关与电力电子并联的混合式直流断路器，电力电子器件串并联个数较多，成本高，控制复杂。

发明内容

本发明专利针对上述缺陷，提出采用真空与SF6断路器作为主开断开关可以实现更高的电压等级，充分利用真空介质恢复速度快和SF6介质恢复强度高的优势，发挥两者的动态电压分布与动态介质恢复强度协同增益效果。同时引入高压续流支路为主开关创造“电压零休”，以获得更长的动态介质恢复时间。整机主开关由真空断路器与SF6断路器串联构成，分别采用10kV、35kV真空断路器与35kV、110kV、220kV的SF6断路器串联作为主开关构成50kV、150kV、200kV等系列高压直流断路器模块。由于SF6断路器的介质恢复强度可以得到较高，采用真空断路器与SF6断路器串联相比于多断口真空断路器技术可以实现更高电压等级的直流断路器模块。