一种小电弧关断型直流断路器及其分断方法

技术领域

本发明属于中高压直流电力系统领域，具体涉及一种小电弧关断型直流断路器，以及其分断方法。

背景技术

混合式分断技术综合了机械开关通态损耗低和半导体开关无弧关断的特性，是直流电力系统理想的故障保护方案。特别是在中/高压领域，传统的空气式断路器已很难通过增大弧压来实现电力系统的故障保护，混合式断路器拥有广阔的应用前景。

故障电流从主开关支路转移到电流转移支路是混合式断路器短路分断的关键环节。然而，随着系统电压等级升高，电流转移支路串联半导体器件数目增多，单独依靠电弧电压，已经无法满足电弧转移需求。

为解决中/高压直流电力系统中故障电流转移问题，目前，一般采用以下两种方案。

1）主开关支路串联全控型半导体IGBT，短路保护过程中首先关断IGBT，产生足够的电压促使故障电流转移，但由于IGBT存在较大的通态损耗，该方案在额定载流工况下的损耗严重，特别是在大电流的场合。

2）清华大学研究人员提出利用“耦合负压”的原理进行故障电流转移，即在电流转移支路中串入互感线圈。短路保护过程当快速机械开关打开到足够的开距后，利用互感线圈产生的负压，实现电流转移。

但是一方面“耦合负压”的实现需要搭建一套脉冲电容充/放电回路，无疑会导致断路器体积及成本的大幅增加；另一方面直流电力系统短路电流上升速度极快，快速机械开关打开时电流通常已经上升到十几kA，再运动到足够的开距会上升的更高，大电流电弧无疑会对快速机械开关的触头造成严重的烧蚀。

发明内容

根据现有技术不足，本发明的目的之一是提出一种小电弧关断型直流断路器，可在基本不增大断路器体积的情况下，一方面实现故障电流的快速转移并可靠关断，另一方面实现快速机械开关的动、静触头在小电流水平下打开，减少电弧的烧蚀，增加断路器的电寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小电弧关断型直流断路器，包括主开关支路、感应换流支路、电流转移支路和限压耗能支路，其中主开关支路、电流转移支路和限压耗能支路通过节点Q

本发明的目的之二是提出一种小电弧关断型直流断路器的分断方法，包括以下步骤：

1）在额定运行工况下，快速机械开关S

2）当检测到系统发生短路故障，同时发送晶闸管T

3）延迟几十μs导通晶闸管T

4）电容C

5）电流完全转移至电流转移支路，维持电流转移支路的IGBT导通一段时间，随后发送IGBT关断指令，节点Q

6）当电压上升到压敏电阻MOV开通电压时，压敏电阻MOV开通，消耗系统中的能量，短路电流开始下降直至为零，短路分断保护完成。

与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：

本发明利用1套脉冲充/放电回路及合理的控制方式就实现了快速机械开关的快速分闸以及故障电流的快速转移，且所用互感线圈体积较小，感应电感更是直接利用回路连接结构实现，具备体积小，成本低的优势；同时本发明断路器实现了快速机械开关在低电流水平下打开，极大的减小了电弧对触头的烧蚀，增加了断路器大电流开断的寿命。

附图说明

图1本发明直流断路器的主电路拓扑；

图2本发明在短路保护过程中电流及感应电动势波形。

实施方式

以下结合具体实例和附图对本发明的实施方式进行进一步阐述。

参照图1所示，本发明公开的一种小电弧关断型直流断路器，包括主开关支路、感应换流支路、电流转移支路和限压耗能支路；其中主开关支路、电流转移支路和限压耗能支路通过节点Q

所述的主开关支路包括快速机械开关S

所述的感应换流支路包括电容C

所述电流转移支路包括多个串联的全控型半导体器件IGBT。

所述限压耗能支路包括金属氧化锌压敏电阻MOV。

参照图2所示，本发明公开的一种小电弧关断型直流断路器的分断方法，包括以下步骤。

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延迟几十μs，在

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上述实施例仅例示性说明本发明的原理功效及具体实施方法，在本领域技术范畴，在不脱离本发明构思的前提下，对本发明拓扑做出的若干变形及改进都属于本发明的保护范围。