一种中压直流开断装置

技术领域

本发明涉及开关设备技术领域，特别是涉及一种中压直流开断装置。

背景技术

近年来，城市轨道交通、电动汽车快速发展，直流负荷快速增加，随着城市化进程不断加快，原有中压交流配网系统不能满足新的要求，且难于改造。中压直流配电系统的特点更加契合这一发展现状，成为目前电网研究的热点，其中，中压直流开断装置成为中压直流配电系统的保护和控制的关键。

在现有技术中，一般的中压直流开断装置是在主支路两端配有隔离断口，辅支路两端配有剩余电流开断装置。但是，现有技术存在以下缺点：在没有外部元件的情况下，辅支路与主支路间、辅支路与进出线间无法实现电气隔离，无法保证检修辅支路时的人身安全。

基于此，检修过程中安全性低是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种中压直流开断装置，以解决在检修过程中存在的安全性低的问题。

本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明实施例提供一种中压直流开断装置，所述装置包括：

主支路开关，主支路动触头，辅支路动触头和辅支路剩余电流开断装置，其中，所述主支路动触头包括第一主支路动触头和第二主支路动触头，所述辅支路动触头包括第一辅支路动触头和第二辅支路动触头，所述辅支路剩余电流开断装置包括第一辅支路剩余电流开断装置和第二辅支路剩余电流开断装置；

所述主支路开关位于主支路，所述第一主支路动触头设在所述主支路的第一侧，所述第二主支路动触头设在所述主支路的第二侧；

所述第一辅支路动触头设在辅支路的第一侧，所述第二辅支路动触头设在所述辅支路的第二侧，所述第一辅支路剩余电流开断装置设在所述辅支路的第一侧，所述第二辅支路剩余电流开断装置设在所述辅支路的第二侧。

可选地，所述主支路开关的两端分别与所述第一主支路动触头和所述第二主支路动触头连接；

所述第一辅支路动触头与所述第一辅支路剩余电流开断装置串联，所述第一辅支路剩余电流开断装置与所述主支路开关的设有所述第一主支路动触头的一侧连接；

所述第二辅支路动触头与所述第二辅支路剩余电流开断装置串联，所述第二辅支路剩余电流开断装置与所述主支路开关的设有所述第二主支路动触头的一侧连接。

可选地，所述主支路开关，所述主支路动触头，所述辅支路动触头和所述辅支路剩余电流开断装置集成在一个可移动的机械模块。

可选地，当所述机械模块移动时，所述主支路开关和所述辅支路剩余电流开断装置随所述可移动的机械模块一起移动。

可选地，所述可移动的机械模块置于一开关柜的第一柜体中，所述开关柜包括所述第一柜体，所述开关柜还包括第二柜体，所述第一柜体与所述第二柜体为分柜。

可选地，所述第一柜体还包括主支路仪表室，上出线室和下出线室。

可选地，所述第二柜体包括辅支路仪表室和转移支路室，其中，所述转移支路室包括转移支路开断模块和耦合换流模块。

可选地，所述第一柜体中的可移动的机械模块中的所述主支路动触头和所述辅支路动触头均与其对应的静触头形成隔离断口后，所述第一柜体中的可移动的机械模块无电压且无电流，所述第二柜体无电压或无电流。

可选地，所述主支路开关用于在发生短路故障时接收分闸命令并根据所述分闸命令达到有效开断开距；

所述主支路开关还用于在所述主支路电流为零且熄弧后，打开到有效绝缘开距。

可选地，在所述主支路打开到有效绝缘开距之后，所述辅支路剩余电流开断装置用于接收开断指令并根据所述开断指令开断剩余电流。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在主支路和辅支路分别设置动触头，其中，动触头与其对应的静触头可以形成隔离断口，那么就可以实现辅支路与主支路之间、辅支路与进出线之间的电气隔离，保证检修人员在检修辅支路时的人身安全，同时还将辅支路剩余电流开断装置设置在动触头一侧，那么在动触头与其对应的静触头形成隔离断口后，辅支路剩余电流开断装置可以实现电气隔离，保证检修人员在检修辅支路剩余电流开断装置时的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的结构拓扑图；

图2为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的机械模块移入移出的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的第一柜体的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的第二柜体的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种包括第一柜体和第二柜体的开关柜俯视图；

图6为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的分闸控制和动作时序的电流时间关系图；

图7为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的重合闸(故障消除)控制和动作时序的电流时间关系图；

图8为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的重合闸(故障未消除)控制和动作时序的电流时间关系图。

具体实施方式

正如前文描述，目前的发明人在针对于车辆数据处理的研究中发现：在没有外部元件的情况下，辅支路与主支路间、辅支路与总支路间无法实现电气隔离，无法保证检修辅支路时的人身安全。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种中压直流开断装置，该装置包括：主支路开关，主支路动触头，辅支路动触头和辅支路剩余电流开断装置，其中，所述主支路动触头包括第一主支路动触头和所述第二主支路动触头，所述辅支路动触头包括第一辅支路动触头和第二辅支路动触头，所述辅支路剩余电流开断装置包括第一辅支路剩余电流开断装置和第二辅支路剩余电流开断装置；所述主支路开关位于主支路，所述主支路两侧分别设有所述第一主支路动触头和所述第二主支路动触头，所述辅支路两侧分别设有所述第一辅支路动触头和所述第二辅支路动触头，设有所述第一辅支路动触头的所述辅支路的一侧设有所述第一辅支路剩余电流开断装置，所述辅支路的另一侧设有所述第二辅支路剩余电流开断装置。

如此，本发明通过在主支路和辅支路分别设置动触头，其中，动触头与其对应的静触头可以形成隔离断口，那么就可以实现辅支路与主支路之间、辅支路与进出线之间的电气隔离，保证检修人员在检修辅支路时的人身安全，同时还将辅支路剩余电流开断装置设置在动触头一侧，那么在动触头与其对应的静触头形成隔离断口后，辅支路剩余电流开断装置可以实现电气隔离，保证检修人员在检修辅支路剩余电流开断装置时的安全性。

图1为本发明实施例提供的另一种中压直流开断装置的结构拓扑图，结合图1所示，本发明实施例提供的中压直流开断装置，可以包括：

主支路开关1，主支路动触头2，辅支路动触头3，主支路静触头2′，辅支路静触头3′，辅支路剩余电流开断装置4，转移支路开断模块5，转移支路耦合换流模块6，机械模块7，接地开关8，线路避雷器9，电流传感器10。

具体的，主支路动触头2可以包括第一主支路动触头2-1和第二主支路动触头2-2；辅支路动触头3可以包括第一辅支路动触头3-1和第二辅支路动触头3-2；辅支路剩余电流开断装置4可以包括第一辅支路剩余电流开断装置4-1和第二辅支路剩余电流开断装置4-2；转移支路开断模块5可以包括IGBT组件5-1，集成在转移支路开断模块中的耗能MOV5-2和组成双向H桥的二极管5-3，转移支路耦合换流模块6可以包括耦合线圈6-1，放电电容6-2，触发开关6-3；主支路开关1，主支路动触头2，辅支路动触头3和辅支路剩余电流开断装置4集成为一个机械模块7；主支路静触头2′可以包括第一主支路静触头2′-1和第二主支路静触头2′-2；辅支路静触头3′可以包括第一辅支路静触头3′-1和第二辅支路静触头3′-2；接地开关8可以包括第一接地开关8-1，第二接地开关8-2，第三接地开关8-3，第四接地开关8-4；线路避雷器9可以包括第一线路避雷器9-1和第二线路避雷器9-2；电流传感器10可以包括第一电流传感器10-1和第二电流传感器10-2。

其中，隔离断口是指满足隔离开关耐压要求的分闸状态下的触头间的净距，也就是满足隔离开关耐压要求的分闸状态下的动触头与静触头之间的距离，可以实现电气隔离。

其中，动态部组件可以包括主支路开关1，主支路动触头2，辅支路动触头3和辅支路剩余电流开断装置4；静态部组件可以包括主支路静触头2′，辅支路静触头3′，转移支路开断模块5和转移支路耦合换流模块6，所述动态部组件和静态部组件包括但不限于其包括的内容，不做具体限定，此处并未完全体现所有组件，只包含了主要组件，因此并不能作为限缩本发明的保护范围的条件。

其中，IGBT组件5-1表示由绝缘栅双极型晶体管组成的部件，能够静态导通和关断电流；集成在开断模块中的耗能MOV5-2表示金属氧化物可变电阻，功能是吸收能量并消耗；触发开关6-3可以使用晶闸管与二极管反并联组件实现，晶闸管用作为触发开关，可控性高，反应速度快，还可使用触发球隙或真空触发灭弧室实现，包括但是不限于所述触发开关的种类，在此不做具体限定；辅支路剩余电流开断装置用于开断剩余电流，剩余电流可以包括避雷器残余电流，电流转移装置中的振荡电流等，包括但不限于所述集中剩余电流的种类，在此不做具体限定。

图2为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的机械模块移入移出的结构示意图，在本实施例中，结合图2所示，机械模块7是可以移动的，可以沿图2中的箭头a方向移出，并且可以沿图2中的箭头b移入。其中，此处a和b的方向仅作为实施例中的方向，并不作为实际场景下的移出或移入方向，在此并不对机械模块7移入或移出的方向作具体限定。

进一步地，当机械模块7沿图2中的箭头a方向移出后，第一主支路动触头2-1，第二主支路动触头2-2，第一辅支路动触头3-1和第二辅支路动触头3-2分别可以与其对应的静触头分离并形成隔离断口。

进一步地，当机械模块7沿图2中的箭头a方向移出后，当第一主支路动触头2-1，第二主支路动触头2-2，第一辅支路动触头3-1和第二辅支路动触头3-2分别可以与其对应的静触头分离并形成隔离断口后，代表机械模块完全实现电气隔离，并且，静态部组件与进出线也完全实现电气隔离，此外，机械模块7包含所有动态部组件与静态部组件分离，实现动静分离，使得静态部组件不会受到动态部组件的干扰，可以稳定运行。

进一步地，当机械模块7沿图2中的箭头a方向完全移出后，完全实现电气隔离，可以安全的对辅支路剩余电流开断装置4进行检修，保证检修人员的安全性。

其中，主支路表示正常工作状态下，承载额定直流运行电流的支路，一般由一台快速机械开关组成；辅支路表示由转移支路和耗能支路构成的支路；转移支路表示由电力电子器件、耦合模块以及剩余电流开断装置串联组成的支路，正常工作状态下不通过电流，能够承载和关合直流运行电流，在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件(如短路条件)下的电流；耗能支路表示能够吸收系统开断故障电流过程中产生的多余能量的支路，通常集成在辅支路之中；动态部组件表示在断路器正常关合和开断过程中发生机械动作或者说在空间上有明显位移的部组件；静态组部件表示在断路器正常关合和开断过程中在不发生机械动作或者说在空间上没有明显位移的部组件。

在本实施例中，通过分别在主支路和辅支路设置隔离断口，使得辅支路与主支路间、辅支路与总支路间实现电气隔离，可以保证检修人员在检修辅支路时的人身安全，此外，将所有的动态部组件集成在一个机械模块内，在机械模块整体移出时，可以实现动静分离，使得静态部组件不受动态部组件震动的干扰，可以稳定运行。

基于上述中压直流开断装置的实施例，本发明另外提供一种中压直流开断装置的第一柜体和第二柜体，图3为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的第一柜体的结构示意图，图4为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的第二柜体的结构示意图，图5为本发明实施例提供的一种包括第一柜体和第二柜体的开关柜俯视图。

图3为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的第一柜体的结构示意图，结合图3所示，本发明提供的一种中压直流开断装置的第一柜体，可以包括：

主支路仪表室A1，机械模块室A2，上出线室A3和下出线室A4。

其中，机械模块室A2可以包括可移动的机械模块7，所述机械模块室7可以为手车或开关箱室，包括但不限于所述两种情况，在此不做具体限定。

其中，主支路仪表室A1可以包括数据采集设备和主支路电流传感器，包括但不限于所述两种组件，在此不做具体限定。

进一步地，主支路仪表室A1和机械模块室A2置于同一侧，且主支路仪表室A1置于机械模块室A2上方；上出线室A3和下出线室A4置于同一侧，且上出线室A3置于下出线室A4的上方。

图4为本发明实施例提供的一种中压直流开断装置的第二柜体的结构示意图，结合图4所示，本发明提供的一种中压直流开断装置的第二柜体，可以包括：

辅支路仪表室B1和转移支路室B2。

其中，辅支路仪表室B1可以包括数据采集设备和辅支路电流传感器，包括但不限于所述两种组件，在此不做具体限定。

其中，转移支路室B2可以包括转移支路开断模块5和耦合换流模块6，包括但是不限于所述两种情况，在此不做具体限定。

进一步地，辅支路仪表室B1置于转移支路室B2的上方，可以置于左上方或右上方或中间，在此不做具体限定。

图5为本发明实施例提供的一种包括第一柜体和第二柜体的开关柜俯视图，结合图5所示，本发明提供的一种中压直流开断装置的开关柜，可以包括：

第一柜体A和第二柜体B。

其中，第一柜体A和第二柜体B各置于一侧，所述两个柜体置于左侧或右侧并不做具体限定。

其中，第一柜体A和第二柜体B之间可以通过电线等电性连接，具体连接方式在此并不做限定。

本发明实施例提供的开关柜结构可以实现动静分离，使得第一柜体在工作时产生的震动不会影响到第二柜体，保证第二柜体的稳定运行；并且在将第一柜体中的机械模块室的机械模块7移出后，可以实现电气隔离，以保证检修人员在检修第二柜体时的人身安全。

基于上述中压直流开断装置的实施例，本发明还提出一种中压直流开断装置控制过程以及动作时序，参见图6、图7和图8的电流时间关系图。

其中，图6为本发明提供的一种中压直流开断装置的分闸控制和动作时序的电流时间关系图；图7为本发明提供的一种中压直流开断装置的重合闸(故障消除)控制和动作时序的电流时间关系图；图8为本发明提供的一种中压直流开断装置的重合闸(故障未消除)控制和动作时序的电流时间关系图。

其中，合闸是指开关导通，开通电流的过程；分闸是指开关关断，开断电流的过程。

图6为本发明提供的一种中压直流开断装置的分闸控制和动作时序的电流时间关系图，参见图6，本发明实施例提供的中压直流开断装置的分闸过程，具体可以包括：

接通电流时，中压直流开断装置内部各部分的状态分别为：主支路开关1处于合闸状态、转移支路开断模块5中的IGBT组件5-1处于关断状态，转移支路耦合换流模块6内的放电电容6-2预充一定电压，触发开关6-3处于关断状态。其中，所述“一定电压”的电压范围取决于中压直流开断装置的相关参数，进一步地，放电电容预充一定电压，在触发时形成负压并使主支路电流过零，从而实现电流转移和主支路开关1开断。

设定系统t’时刻发生短路故障，系统继电保护完成检测并给中压直流开断装置发送分闸命令，中压直流开断装置在时刻t

在t

经过时间Δt

在t

从t

其中，在图6中，I表示电流，t表示时间，I

此外，本发明技术方案满足重合闸的要求，在执行重合闸操作时，分闸按正常的开断步骤进行。

在重合闸过程中，首先开通转移支路开断模块5中的IGBT组件5-1，转移支路产生电流，然后分为以下两种情况：

(1)图7为本发明提供的一种中压直流开断装置的重合闸(故障消除)控制和动作时序的电流时间关系图，结合图7所示，如果无故障或故障已消失，重合闸过程可以为：

待转移支路电流达到稳定后，关合主支路开关1；在主支路开关1关合到位后，电流从转移支路向主支路转移，当转移支路电流降到零后，关断转移支路开断模块5中的IGBT组件5-1，此时系统达到正常运行情况，重合闸完成。

其中，图7中各字符表示为：

t’：短路故障发生时间；

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

I：表示电流；

t：表示时间；

I

(2)图8为本发明提供的一种中压直流开断装置的(故障未消除)控制和动作时序的电流时间关系图，结合图8所示，如果故障继续存在，重合闸过程可以为：

在开通转移支路开断模块中项5-1的IGBT后，直接再次关断IGBT，电流转移至转移支路开断模块中5的耗能MOV5-2，耗能MOV5-2不断吸收系统中储存的能量，电流逐渐减小至零，整个系统被关断，完成重合闸过程。

其中，图8中各字符表示为：

t’：短路故障发生时间；

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

I：表示电流；

t：表示时间；

I

I

本发明实施例中提到的“第一”、“第二”(若存在)等名称中的“第一”、“第二”只是用来做名字标识，并不代表顺序上的第一、第二。

以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。