[发明专利]一种机械式高压直流断路器装置及其开断方法

说明书

本发明涉及直流系统中关键设备的拓扑设计技术领域，具体涉及一种机械式高压直流断路器装置及其开断方法。所述装置，包括主支路，用于承担直流线路的正常工作电流和开断故障电流时直流断路器两端的过电压，并实现直流线路电流的双向导通；转移支路，用于产生一个与主支路电流方向相反的振荡电流，并将反向振荡电流叠加到主支路上使主支路上的故障电流强制过零，从而实现将故障电流从主支路转移至转移支路；吸收支路，用于吸收和泄放故障开断时累积的能量；残余电流开断元件，与主支路串联，用于开断残余电流。

技术领域

本发明涉及直流系统中关键设备的拓扑设计技术领域，具体涉及一种机械式高压直流断路器装置及其开断方法。

背景技术

柔性直流输电技术是解决大容量、远距离输电以及实现现代电力传输的有效手段。由于其具有灵活独立调节有功功率和无功功率的优点，所以柔性直流输电技术被广泛运用在大规模可再生能源输电中。然而，柔性直流输电技术自身不能处理直流侧线路故障。直流侧故障发生后，换流站内的故障电流剧增，可能会对换流站中的设备，如：电力电子设备，造成电击穿或热击穿。因此运用直流断路器对直流侧故障进行开断对柔性直流输电技术的进一步发展具有重要的作用。

直流断路器可以分为机械式直流断路器、混合式直流断路器和固态式直流断路器。其中，由于机械式直流断路器不含有电力电子器件，因此相较于混合式直流断路器和固态式直流断路器具有成本低和通态损耗小的优点。进一步，机械直流断路器可以分为无源机械直流断路器和有源机械直流断路器。其中，由于有源机械直流断路器相较于无源机械直流断路器具有开断时间短的优点，所以有源机械直流断路器有很好的应用前景。

有源机械直流断路器一般由残余电流断路器、主支路、转移支路和吸收支路四部分组成。其主要的开断原理为：开断时，转移支路产生一个与主支路故障电流方向相反的振荡电流，故障电流先从主支路逐渐转移到转移支路，当转移支路上的振荡电容放电结束后，故障电流对振荡电容反向充电，当该反向充电电压达到吸收支路上避雷器的动作电压时，故障电流从转移支路转移到吸收支路进行能量吸收和泄放，最后由残余电流断路器开断吸收支路中的残余电流，完成直流开断。而现有的有源机械直流断路器存在着以下缺点：(1)不能在短时间内对直流侧故障进行连续开断；(2)没有有效地利用故障电流对转移支路上的振荡电容的反向充电电压。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种具有连续自充能和连续开断能力的机械式高压直流断路器装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种机械式高压直流断路器装置，包括

主支路，用于承担直流线路的正常工作电流和开断故障电流时直流断路器两端的过电压，并实现直流线路电流的双向导通；

转移支路，用于产生一个与主支路电流方向相反的振荡电流，并将反向振荡电流叠加到主支路上使主支路上的故障电流强制过零，从而实现将故障电流从主支路转移至转移支路；

吸收支路，用于吸收和泄放故障开断时累积的能量；

残余电流开断元件，与主支路串联，用于开断残余电流。

进一步，所述主支路包括串联的电流互感器和机械开关。

进一步，所述转移支路与主支路并联，转移支路包括串联的火花间隙开关桥和振荡电感。

进一步，所述转移支路上还串联有杂散电阻。

进一步，所述火花间隙开关桥包括由火花间隙开关S₁、火花间隙开关S₂、火花间隙开关S₃、火花间隙开关S₄依次串接组成的桥式结构，振荡电容的正极连接于火花间隙开关S₃与火花间隙开关S₄之间，振荡电容的负极连接于火花间隙开关S₁和火花间隙开关S₂之间。