直流中断设备的制作方法

本发明涉及用在铁路直流变电站设施和直流输配电设施中的直流高速电路断路器。

背景技术：

直流电路断路器难以实现中断或切断性能，这是因为与交流电路断路器不同，在要切断的电流中没有零点。

空气型电路断路器被布置成中断在熄弧沟中延伸的电弧。因此，空气电路断路器可能无法限制电流并造成接地故障。

如非专利文献1和2中公开的直流高速真空电路断路器(hsvcb)所示，真空型电路断路器被布置成例如通过在真空阀中在与主电路电流相反的方向上注入电流来强制产生零电流点，并由此中断电流。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：“currentstateofdcfeedingcircuitandproblemsinthefuture”，noriakimunakata，railway&electrictechnology，2010年4月，21卷，4期，62～66页。

非专利文献2：“performanceverificationofdirectcurrenthighspeedcircuitbreakerelectricrailwaysubstationdirectcurrenthighspeedvacuumcircuitbreaker”，shinichihase以及五个其他人，railwaycyberneticssymposiumbulletin(2000.11.12)，论文640期，471～475页。

技术实现要素：

虽然真空型电路断路器可以限制电流，但是用于强制生成电流零点的构造非常复杂，维护和检查是麻烦的，并且复杂的结构增加了故障的可能性。

本发明的目的是提供一种直流中断装置，其可以消除对用于强制生成电流零点的电路的需要，并且其构造简单且成本较低。

解决问题的手段

根据如权利要求1所述的本发明的第一方面，直流高速真空电路断路器的用于每个相的主触点或主触点单元的一端或第一端与整流器的用于一个相的正输出端连接，整流器包括用于将交流电力转换为直流电力的半导体器件的桥，并且主触点或主触点单元的另一端或第二端连接在一起。

在上面提到的构造中，脉冲状电流流过整流器中每个相的臂，并且电流在相的臂之间相继换向(sequentiallycommutate)，使得电流在换向之后变为等于零。直流高速真空电路断路器中断通过换向而被减小到零的电流。因此，中断更容易。

因此，不需要用于强制产生电流零点的电路，简化了直流中断装置的构造，维护和检查更容易，并且成本降低。

根据如权利要求2所述的第二方面，在如权利要求1所述的第一方面的构造中，直流高速真空电路断路器被部署或安装在直流配电板或开关板中。

根据如权利要求3所述的第三方面，在如权利要求2所述的第二方面的构造中，为每个相提供汇流排、总线或汇流线，并且各相的汇流线部署在直流配电板中并分别与整流器的各相的正输出端连接。

在上面提到的构造中，在整流器的各相的正输出端连接在一起的接合点(共用连接)之前，为每个相提供汇流线。因而，能够将两组或更多组直流配电板和直流高速真空电路断路器并联地与用于各相的汇流线连接。因此，对于用于向相对于整流器并联连接的多个直流负载发送和分配电力的设施，这种构造是足够的。

根据如权利要求4所述的第四方面，在如权利要求1至3所述的第一至第三方面的构造中，整流器包括用于三相交流电源的所有相的全波整流的六相整流器。

根据如权利要求5所述的第五方面，在如权利要求1至3所述的第一至第三方面之一的构造中，整流器包括十二相整流器，该十二相整流器包括第一整流器和第二整流器，第一整流器和第二整流器的交流侧分别与多绕组变压器的两个相互绝缘的次级绕组连接，并且第一整流器和第二整流器的正输出端被连接以使得第一整流器的用于一个相的正输出端与第二整流器的用于同一个相的输出端连接。

根据如权利要求6所述的第六方面，整流器包括十二相整流器，该十二相整流器包括第一整流器和第二整流器，第一整流器和第二整流器的交流侧分别与多绕组变压器的两个相互绝缘的次级绕组连接，并且第一整流器和第二整流器的正输出端被连接以使得第一整流器的用于一个相或给定相的正输出端与第二整流器的用于与给定相不同的不同相的正输出端连接。

在上面提到的构造中，直流高速真空电路断路器的一个相的主触点交替地接收第一整流器的给定相的电流的流和第二整流器的与给定相不同的另一个相的电流的流。因此，流过直流高速真空电路断路器的每个主触点的电流的波形中的峰值或最高值较低，并且零点更频繁地产生(与根据如权利要求5所述的第五方面的构造相比为两倍)，使得周期更短。因此，直流中断装置可以快速执行中断。

根据如权利要求7所述的第七方面，为每个相提供防回流二极管，并且直流高速真空电路断路器的主触点的第二端通过防回流二极管的阳极-阴极结构而被连接在一起。

在上面提到的构造中，能够防止电压和电流从与汇流线连接的一个电路到另一个电路来回流动，并由此保持每个相的电压和电流独立于其它相的电压和电流。

根据如权利要求8所述的第八方面，在根据如权利要求1至7所述的第一至第七方面之一的构造中，整流器的负电极端通过续流二极管的阳极-阴极结构连接到直流高速真空电路断路器的主触点的第二端所连接到的共用连接点。

在上面提到的结构中，在直流高速真空电路断路器中断时，由于直流负载中包含的电抗的残余能量引起的电流流过续流二极管，并且不通过直流高速真空电路断路器。因此，能够防止直到零点为止的时间被拉长。

(1)根据如权利要求1至8所述的本发明的第一至第八方面，不需要用于强制产生零电流点的电路，简化了直流中断装置的构造，维护和检查的操作更容易，并且成本降低。

(2)根据如权利要求3所述的第三方面，能够将两组或更多组直流配电板和直流高速真空电路断路器并联地与汇流线连接，每个汇流线是为相中的一个提供的。因此，该构造容易用于向相对于整流器并联连接的多个直流负载发送和分配电力的设施。

(3)根据如权利要求6所述的第六方面，流过直流高速真空电路断路器的电流的波形中的峰值较低，并且产生零点的周期较短(与根据如权利要求5所述的第五方面的构造相比为两倍)，并且中断装置可以快速地执行中断。

(4)根据如权利要求7所述的第七方面，能够防止电压和电流从与汇流线连接的一个电路到另一个电路来回流动，并由此保持每个相的电压和电流独立于其它相的电压和电流。

(5)根据如权利要求8所述的第八方面，在直流高速真空电路断路器中断时，由于直流负载中所包含的电抗的残余能量引起的电流流过续流二极管，并且不通过直流高速真空电路断路器。因此，能够防止直到零点为止的时间被拉长。

附图说明

图1是示出本发明的实施例的图。

图2是示出根据本发明的第一实例的直流变电站的图。

图3是示出用于仿真根据第一实例的直流变电站的各个部分中的电流和电压的电路的电路图。

图4是示出在图3的电路的各个部分的电压和电流的波形的视图。

图5是示出根据本发明的第二实例的直流变电站的图。

图6是示出用于仿真根据第二实例的直流变电站的各个部分中的电流和电压的电路的电路图。

图7是示出在图6的电路的各个部分的电压和电流的波形的视图。

图8是示出根据本发明的第三实例的直流变电站的图。

图9是示出用于仿真根据第三实例的直流变电站的各个部分的电流和电压的电路的电路图。

图10是示出在图9的电路的各个部分的电压和电流的波形的视图。

图11是示出根据本发明的第四实例的直流变电站的图。

具体实施方式

虽然下面参照附图对本发明的实施例进行解释，但是本发明不限于(一个或多个)实施例的示例。先前技术的直流变电站被布置成将整流器的直流输出的正侧与直流开关板或直流配电板连接，并通过单极直流电路断路器将电力发送到用于铁路的(一条或多条)接触线或(一条或多条)电车线。在(一个或多个)实施例的示例中，相比之下，用于整流器的各相的臂单独地连接到直流配电或开关板，而不连接在一起，并且相的电流被合并在一起成为三极直流电路断路器的输出侧上的直流输出。

例如，根据一实施例的变电站如图1中所示那样构造。整流器20被布置成将三相交流电力源或电源10的交流电力转换成直流电力。例如，整流器20包括诸如二极管的半导体器件的三相桥式连接。整流器20包括用于每个相的正侧输出端或端子(即，上臂的二极管的阴极端子)。直流高速真空电路断路器或中断设备30包括用于每个相的主触点30a、30b或30c。图1中所示的直流高速真空电路断路器30安装在直流配电板或开关板100中。每个相的主触点或主触点单元或断流器30a、30b或30c包括与整流器20的正侧输出端中对应的一个连接的一端或第一端。主触点30a、30b和30c的另一端或第二端连接在一起，并由此形成整流器20的正侧输出线40。负载50连接在整流器20的正侧输出线40和负电极之间。

虽然正侧输出线40在图1中的配线板100中形成，但是正侧输出线40可以在配电板100的外部形成。

而且，可选地通过将主触点30a、30b和30c的第二端连接在一起来形成连接点，而不是形成正侧输出线40。

通过零点的脉冲形电流在整流器20的每个相的臂中流动，并且脉冲形电流在臂之间相继换向。在图1的构造中，通过直流高速真空电路断路器30的主触点30a、30b和30c的电流处于通过零点的脉冲波形。因此，通过电路断路器的中断更容易。

以这种方式，直流高速真空电路断路器30被布置成切断具有通过换向生成的零点的电流。因此，直流高速真空电路断路器30不需要如先前技术的直流高速真空电路断路器中那样强制产生电流零点的电路，因此使得能够简化直流中断装置的构造，以便于维护和检查并降低成本。

以下是将根据本发明的直流中断装置应用到铁路直流变电站设施的实例的说明。

实例1

在示出了第一实例的构造的图2中，本发明应用到六相(三相全波)整流器(六脉冲整流器(脉冲＝转换相数))20a。而且，汇流线或汇流排110a、110b和110c在与整流器20a一起提供的直流开关板或直流配电板100a和100b中提供。每条汇流线或总线110a、110b或110c是与六相整流器20a的对应的一个相的正输出端以及直流高速真空电路断路器30a和30b的对应相的主触点30a、30b或30c之间的共用连接点连接的导体。

在图2中，部件11a是用于整流器的变压器。整流变压器11a的初级侧与更高电平的交流电源连接。整流变压器11a具有δ-δ连接的结构。部件200a和200b是分别与正侧输出线40a和40b连接的电动车线或电车线。区段210是空段(deadsection)。设有一个或多个电动车220。六相整流器20a的负极侧与(一条或多条)轨道230连接。

六相整流器20a的输出电力通过直流配电板100a和100b中的汇流线110a、110b和110c，直流高速真空电路断路器30a和30b的主触点30a、30b和30c，正侧输出线40a和40b以及电动车线200a和200b供应给电动车或铁路车辆220。

以这种方式，提供汇流线110a、110b和110c以使得为每个相提供一条汇流线。因而，能够并联连接多个直流配电板(100a、100b)和多个直流高速真空电路断路器(30a、30b)，并且向关于六相整流器20a并联连接的多个负载(沿着电动车线200a、200b行驶的(一个或多个)电动车220)供给电力。

图3和图4示出了用于检查在图2的直流变电站的各个部分的电压和电流的仿真的结果。图3示出了电路构造，并且使用相同的标号来指示图2中所示的相同部件。

在图3中，交流电源为415v、50hz的源，并且δ-δ连接的整流变压器11a的额定容量为0.6mva、415/415v。在图3中省略了图2的直流配电板100a、100b，汇流线110a、110b、110c，直流高速真空电路断路器30a、30b的主触点30a、30b、30c以及负载设施。

流过整流变压器11a的初级绕组的相电流ia、ib和ic在图4的(a)中示出。图4的(d)、图4的(e)和图4的(f)分别示出了根据这个实例的流过直流高速真空电路断路器30a的相的主触点30a、30b和30c的电流ida、idb和idc。电流ida、idb和idc中的每一个是流过在六相整流器20a的用于一个相的正侧输出端子与正侧输出线40a之间的电路段的电流。图4的(b)示出在正侧输出线40a与六相整流器20a的负端子之间的直流电压v_dc。图4的(c)示出从正侧输出线40a流向负载的电流idc_s。

如图4的(d)、图4的(e)和图4的(f)中所示，每个相的电流ida、idb或idc是脉冲形波形(称为兔耳形)的形式，并且这些电流相继换向，因此零点相继出现。因此，直流高速真空电路断路器30a可以在电流零点容易地中断电流。

直流高速真空电路断路器30b可以以相同的方式操作。

实例2

在第二实例中，本发明应用到如图5中所示的12相整流器(12脉冲整流器)20b。相同的部件被给予与图2中相同的标号。

在图5中，部件11b是用于整流器的变压器。整流变压器11b的初级侧的星形绕组部分与更高电平的交流电源连接，并且整流变压器11b具有包括y-y连接和y-δ连接的结构。12相整流器20b包括整流器21a和整流器21b，整流器21a包括与整流变压器11b的次级侧上的星形绕组部分连接的交流侧，而整流器21b包括与整流变压器11b的次级侧上的δ绕组部分连接的交流侧。整流器21a和21b的用于同一个相的正输出端(上臂的二极管的阴极端子)连接在一起。

12相整流器20b的输出电力通过直流配电板100a和100b中的汇流线110a、110b和110c，直流高速真空电路断路器30a和30b的主触点30a、30b和30c，正侧输出线40a和40b以及电动车线200a和200b供应给一个或多个电动车220。

以这种方式，提供汇流线110a、110b和110c以使得为每个相提供一条汇流线。因而，能够并联连接多个直流配电板或配电板(100a，100b)和多个直流高速真空电路断路器(30a，30b)，并将电力供应到关于12相整流器20b并联连接的多个负载(沿着电动车线200a、200b行驶的(一个或多个)电动车220)。

图6和图7示出了在图5的直流变电站的各个部分检查电压和电流的仿真的结果。图6示出了电路构造，并且使用相同的标号来指示图5中所示的相同部件。

在图6中，交流电源为415v、50hz的源，并且具有y-y连接和y-δ连接的整流变压器11b的额定容量为0.6mva、415/415v。在图6中省略了图5的直流配电板100a、100b，汇流线110a、110b、110c，直流高速真空电路断路器30a、30b的主触点30a、30b、30c以及负载设施。

流过整流变压器11b的初级绕组的相电流ia、ib和ic在图7的(a)中示出。图7的(d)、图7的(e)和图7的(f)分别示出了根据这个实例的流过直流高速真空电路断路器30a的相的主触点30a、30b和30c的电流ida、idb和idc。电流ida、idb和idc是分别流过在12相整流器20b的用于各相的正侧输出端子与正侧输出线40a之间的电路段的电流。图7的(b)示出了在正侧输出线40a与12相整流器20b的负侧之间的直流电压v_dc。图7的(c)示出了从正侧输出线40a流向负载的电流idc_s。

如图7的(d)、图7的(e)和图7的(f)中所示，每个相的电流ida、idb或idc具有脉冲形波形(称为兔耳形)，并且这些电流相继换向，因此零点相继出现。因此，直流高速真空电路断路器30a可以在电流零点容易地中断电流。

直流高速真空电路断路器30b可以以相同的方式操作。

在第二实例中，整流器21a和21b的同一相的正输出端连接在一起。因此，整流器21a的电流和整流器21b的电流在同一定时对于同一个相被相加。因而，如图7的(d)、图7的(e)和图7的(f)中所示，电流具有更高的峰值。

图5中所示的直流高速真空电路断路器30a的触点30a、30b和30c的中断定时在下面参考图7的(d)、图7的(e)和图7的(f)来说明，这些图示出了电流波形，其中水平轴表示时间(t)，并且垂直轴表示电流值。

(1)首先，在时刻0.410(s)，例如，直流高速真空电路断路器30a的主触点30a、30b和30c的电极被断开。在这种情况下，在三个极中的一个处的电流已经等于零。在这个示例中，电流idc(流过主触点30c的电流)等于零，如图7的(f)中所示。因此，电流idc的中断完成。

在时刻0.410(s)之后，不规则的8脉冲电流继续流过剩余两个极的主触点30a和30b。

(2)在时刻0.411(s)，通过在剩余两个极中电流首先变得等于零的极的主触点30a完成电流ida的中断。在时刻0.411(s)之后，不规则的8脉冲电流继续流过剩余一个极的主触点30b。

(3)在时刻0.418(s)，最后一个极的主触点30b在idb的电流零点处完成电流idb的中断。

以这种方式，电流中断在直流高速真空电路断路器30a的所有主触点处完成。

直流高速真空电路断路器30b以相同的方式操作。

实例3

在第三实例中，本发明应用到图8中所示的12相整流器(12脉冲整流器)20c。相同的部件被给予与图5中相同的标号。

在图8中，部件11b是用于整流器的变压器。整流变压器11b的初级侧的星形绕组部分与更高电平的交流电源连接，并且整流变压器11b具有包括y-y连接和y-δ连接的结构。12相整流器20c包括整流器22a和整流器22b，整流器22a包括与整流变压器11b的次级侧上的星形绕组部分连接的交流侧，而整流器22b包括与整流变压器11b的次级侧上的δ绕组部分连接的交流侧。整流器22a和22b的用于两个不同相的正输出端(上臂的二极管的阴极端子)连接在一起。

12相整流器20c的输出电力通过直流配电板100a和100b中的汇流线110a、110b和110c，直流高速真空电路断路器30a和30b的主触点30a、30b和30c，正侧输出线40a和40b以及电动车线200a和200b供应给一个或多个电动车220。

以这种方式，提供汇流线110a、110b和110c以使得为每个相提供一条汇流线。因而，能够并联连接多个直流配电板或配电板(100a，100b)和多个直流高速真空电路断路器(30a，30b)，并将电力供应到关于12相整流器20c并联连接的多个负载(沿着电动车线200a、200b行驶的(一个或多个)电动车220)。

图9和图10示出在图8的直流变电站的各个部分检查电压和电流的仿真的结果。图9示出了电路构造，并且使用相同的标号来指示图8中所示的相同部件。

在图9中，交流电源为415v、50hz的源，并且具有y-y连接和y-δ连接的整流变压器11b的额定容量为0.6mva、415/415v。在图9中省略了图8的直流配电板100a、100b，汇流线110a、110b、110c，直流高速真空电路断路器30a、30b的主触点30a、30b、30c以及负载设施。

流过整流变压器11b的初级绕组的相电流ia、ib和ic在图10的(a)中示出。图10的(d)、图10的(e)和图10的(f)分别示出了根据这个实例的流过直流高速真空电路断路器30a的相的主触点30a、30b、30c的电流ida、idb和idc。电流ida、idb和idc是分别流过在12相整流器20c的用于各相的正侧输出端子与正侧输出线40a之间的电路段的电流。图10的(b)示出了在正侧输出线40a与12相整流器20c的负侧之间的直流电压v_dc。图10的(c)示出了从正侧输出线40a流向负载的电流idc_s。

如图10的(d)、图10的(e)和图10的(f)中所示，每个相的电流ida、idb或idc具有脉冲形波形(称为兔耳形)，并且这些电流相继换向，因此零点相继出现。因此，直流高速真空电路断路器30a可以在电流零点容易地中断电流。

在第三实例中，整流器22a的用于每个相的正输出端与整流器22b的用于另一个相的正输出端连接。因此，来自整流器22a、22b的电流在不同的定时交替流动。因而，如图10的(d)、图10的(e)和图10的(f)中所示，相电流ida、idb和idc具有较低的峰值。

因此，电流零点以更短的周期更频繁地(两倍快)生成，因此装置可以更快地中断电流。

实例4

如果在图2、图5和图8的构造中多个电路与汇流线110a、110b和110c连接的情况下，电路断路器已经对另一个电路设置为接通或关断，则汇流线110a、110b和110c短路并且各相的电流和电压不能维持独立性。

因而，在第四实施例中，一个或多个防回流二极管插在电路断路器的输出端与电流接合点(正侧输出线40a、40b)之间。

而且，当负载侧直流电路中包含的电抗大于预定值时，该电抗中存储的能量使大电流(诸如短路电流)中断时的电流中断变得迟钝，并由此增加了直到达到电流零点为止的时间。

为了防止这个问题，在第四实例中，由于电抗中的残余能量引起的电流与通过电路断路器的电流被连接在整流器的负端与正侧输出线40a、40b之间的续流二极管分离。

图11示出了第四实例的示例的构造。相同的标号用于在图8中出现的相同部分。在图11中，部件11c是用于整流器的变压器。整流变压器11c的初级侧的δ绕组部分与更高电平的交流电源连接，并且整流变压器11c具有包括δ-δ连接和δ-y连接的结构。

12相整流器20d包括整流器23a和整流器23b，其中整流器23a包括与整流变压器11c的次级侧上的星形绕组部分连接的交流侧，而整流器23b包括与整流变压器11c的次级侧上的δ绕组部分连接的交流侧。整流器23a和23b的用于两个不同相的正输出端(上臂的二极管的阴极端子)连接在一起。

直流配电板100a中的汇流线110a、110b和110c分别通过直流高速真空电路断路器30a的主触点30a、30b和30c以及防回流二极管50a、50b和50c的阳极-阴极结构与正侧输出线40a连接。

直流配电板100b中的汇流线110a、110b和110c分别通过直流高速真空电路断路器30b的主触点30a、30b和30c以及防回流二极管50a、50b和50c的阳极-阴极结构与正侧输出线40b连接。

防回流二极管50a、50b和50c可以在配电板100a、100b中提供，或者可以部署在配电板100a、100b的外部。

整流器23a和23b的负端通过续流二极管60a的阳极-阴极结构连接到正侧输出线40a，并且通过续流二极管60b的阳极-阴极结构连接到正侧输出线40b。在图11中，l是包括在负载侧直流电路中的电抗。

在这种构造中，防回流二极管50a、50b和50c防止来自正侧输出线40a和40b的电流流到各相的汇流线110a、110b和110c。因此，该装置可以防止电压和电流从一个电路到另一个电路来回流动，并维持用于每个相的电压和电流的独立性。

此外，在直流高速真空电路断路器30a、30b中断时，由于电抗l的残余能量引起的电流流过续流二极管60a或60b而不通过直流高速真空电路断路器30a、30b。因此，这种构造可以防止直到电流零点为止的时间的延长。

一个或多个防回流二极管50a、50b和50c以及一个或多个续流二极管60a、60b的添加可适用于图2和图5中所示的直流变电站，而不限于图11的直流变电站。在这种添加应用到图2和图5的变电站的情况下，可以实现相同的操作和效果。

本发明不仅适用于六相整流器和十二相整流器，而且适用于其它多相整流器。在这种情况下，也可以实现相同的操作和效果。