一种直流断路器的制作方法

本发明涉及中高压直流断路器领域，特别涉及一种直流断路器。

背景技术

发展直流电网对大规模电能的远距离输送、可再生分布式能源接入、提高电能稳定性具有重大的意义。作为直流电网的关键组成部分，直流断路器起到关合、承载和开断正常回路条件下的电流、转换系统运行方式以及切断故障电流对系统实行保护等重要作用，是建设直流电网的重要设备之一。近年来随着高压直流输电网以及直流配电系统提出，中高压直流断路器以及其相应的开断方法研究也受到了国内外越来越多的关注。

与交流系统相比，由于直流电流没有自然过零点以及系统组成器件的不同，直流电流的开断要求也大不相同，进而衍生出多种分断原理。按照不同的分断原理，中低压直流断路器可以分为空气断路器、固态式断路器和电流转移式断路器三种。而高压直流断路器同样可分为固态断路器和电流转移式断路器。除空气断路器外，其他类型的直流断路器均至少包含主支路和转移支路两个支路，而且目前已有的直流断路器均采用一条主支路并联一条转移支路和能量耗散支路的形式，造价成本和体积远远高于相同容量的交流断路器，这也成为直流断路器及直流电网的工程化规模化推广的重要制约因素。然而，在直流断路器的造价成本中，转移支路和能量耗散支路的成本和体积远远高于主支路。因此，提出一种多条转移支路共用一条转移支路和能量耗散支路的经济型直流断路器设计方法，可减少直流配电系统所需直流断路器数量和成本，对于直流断路器和直流电网的发展具有重要意义。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种断路器，通过n个主电流回路共用一套转移支路和能量耗散支路，省去了n-1套转移支路和能量耗散支路，使得断路器迅速成本大大降低。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种直流断路器包括n个主支路、一个转移电流支路、一个耗能支路和2n个隔离单元，

n个主支路相互并联，每个主支路两端分别通过一个隔离单元与转移电流支路及耗能支路连接，转移电流支路分别与各个主支路并联，耗能支路与转移电流支路并联，

正常通流状态下，系统电流从所述n个主支路流过；转移电流支路不导通；耗能支路导通阈值高于系统电压，无电流流过，当一个或多个主支路发生短路故障时，故障发生的主支路的两个隔离单元导通，主支路断开，转移电流支路导通，故障电流快速转移至转移电流支路，

当转移电流支路电压始终低于耗能支路的导通电压，则耗能支路不导通，电流下降为零，完成分断全过程；若在此期间电压达到耗能支路导通电压，则耗能支路导通，系统电流全部转移至耗能支路，最终电流下降至零，故障分断全过程完成。

在所述的直流断路器中，所述主支路设有高速开关，所述高速开关为基于电磁斥力机构的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于永磁机构的高速机械开关。

在所述的直流断路器中，所述隔离单元为反向并联的晶闸管或真空触发间隙的一种或相互组合。

在所述的直流断路器中，所述耗能支路包括金属氧化物避雷器、线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器或全绝缘复合外套金属氧化物避雷器中的一个或多个。

在所述的直流断路器中，转移电流支路为l-c串联转移电流支路、固态开关转移电流支路或磁感应转移电流支路。

在所述的直流断路器中，所述转移电流支路一个或多个固态开关串联组成，其中，第一晶闸管组件和第二电感并联后串联电容，第二晶闸管组件和第三晶闸管组件反向串联，第四晶闸管组件和第五晶闸管组件反向串联，igbt组件一端连接在第二晶闸管组件和第三晶闸管组件之间，另一端连接在第四晶闸管组件和第五晶闸管组件之间。

在所述的直流断路器中，所述转移电流支路中，电感器的原边线圈连接第一电容，第六晶闸管组件串联第二电容与电感器的副边线圈连接。

在所述的直流断路器中，转移电流支路由电容、电感和晶闸管组件串联组成。

在所述的直流断路器中，所述转移电流支路一个或多个固态开关串联组成，其中，第一晶闸管组件和第二电感并联后串联电容，第二晶闸管组件和第三晶闸管组件反向串联，第四晶闸管组件和第五晶闸管组件反向串联，igct组件一端连接在第二晶闸管组件和第三晶闸管组件之间，另一端连接在第四晶闸管组件和第五晶闸管组件之间。

在所述的直流断路器中，所述主支路由高速开关和辅助转移单元串联组成。

本发明中，所述直流断路器的n个主电流不需要配置n个转移支路和能量耗散支路，而是共用一个转移支路和一个能量耗散支路，可显著降低直流断路器的成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的直流断路器的结构示意图；

图2(a)、图2(b)是根据本发明一个实施例的直流断路器短路主支路的结构示意图；

图3(a)至图3(d)是根据本发明一个实施例的直流断路器转移支路的结构示意图；

图4(a)、图4(b)是根据本发明一个实施例的直流断路器隔离单元的结构示意图；

图5(a)至图5(d)是根据本发明一个实施例的直流断路器的结构示意图；

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至附图5(d)更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的一个实施例的直流断路器的结构示意图，本发明实施例将结合图1进行具体说明。

如图1所示，一种直流断路器包括n个主支路、一个转移电流支路、一个耗能支路和2n个隔离单元，

n个主支路相互并联，每个主支路两端分别通过一个隔离单元与转移电流支路及耗能支路连接，转移电流支路分别与各个主支路并联，耗能支路与转移电流支路并联，

正常通流状态下，系统电流从所述n个主支路流过；转移电流支路不导通；耗能支路导通阈值高于系统电压，无电流流过，当一个或多个主支路发生短路故障时，故障发生的主支路的两个隔离单元导通，主支路断开，转移电流支路导通，故障电流快速转移至转移电流支路，

当转移电流支路电压始终低于耗能支路的导通电压，则耗能支路不导通，电流下降为零，完成分断全过程；若在此期间电压达到耗能支路导通电压，则耗能支路导通，系统电流全部转移至耗能支路，最终电流下降至零，故障分断全过程完成。

本发明所述的直流断路器的优选实施例中，所述主支路设有高速开关，所述高速开关为基于电磁斥力机构的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于永磁机构的高速机械开关。

本发明所述的直流断路器的优选实施例中，所述隔离单元为反向并联的晶闸管或真空触发间隙的一种或相互组合。

本发明所述的直流断路器的优选实施例中，所述耗能支路包括金属氧化物避雷器、线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器或全绝缘复合外套金属氧化物避雷器中的一个或多个。

本发明所述的直流断路器的优选实施例中，转移电流支路为l-c串联转移电流支路、固态开关转移电流支路或磁感应转移电流支路。

本发明所述的直流断路器的优选实施例中，所述转移电流支路一个或多个固态开关串联组成，其中，第一晶闸管组件和第二电感并联后串联电容，第二晶闸管组件和第三晶闸管组件反向串联，第四晶闸管组件和第五晶闸管组件反向串联，igbt组件一端连接在第二晶闸管组件和第三晶闸管组件之间，另一端连接在第四晶闸管组件和第五晶闸管组件之间。

本发明所述的直流断路器的优选实施例中，所述转移电流支路中，电感器的原边线圈连接第一电容，第六晶闸管组件串联第二电容与电感器的副边线圈连接。

本发明所述的直流断路器的优选实施例中，转移电流支路由电容、电感和晶闸管组件串联组成。

本发明所述的直流断路器的优选实施例中，所述转移电流支路一个或多个固态开关串联组成，其中，第一晶闸管组件和第二电感并联后串联电容，第二晶闸管组件和第三晶闸管组件反向串联，第四晶闸管组件和第五晶闸管组件反向串联，igct组件一端连接在第二晶闸管组件和第三晶闸管组件之间，另一端连接在第四晶闸管组件和第五晶闸管组件之间。

本发明所述的直流断路器的优选实施例中，所述主支路由高速开关和辅助转移单元串联组成。

图2(a)、图2(b)给出了所述直流断路器主支路可采用的两种常见形式。图2(a)为单独的机械开关作为主电流，图2(b)采用机械开关和辅助转移单元串联的电路作为主支路。

图3(a)至图3(d)给出了转移支路可采用的形式。图3(a)为lc震荡电路；图3(b)和图3(c)为固态开关作为转移支路的形式，其中，图3(b)采用多组串联的固态开关共用一组较大的mov的形式，图3(c)中，每一组固态开关都并联一组较小的mov，图3(d)采用了磁感应转移模块实现电流转移。

图4(a)、图4(b)为两种隔离单元的结构。图4(a)采用晶闸管作为隔离单元，图4(b)中的采用真空触发间隙作为隔离单元，考虑双向开断的需求，故图中采用晶闸管或真空触发间隙反并联的形式。

图5(a)至图5(d)给出了三种经济型直流断路器的典型结构，在给出的三种典型结构中，均采用机械开关作为主支路，耗能支路均使用mov。在以下开断过程的分析中，不妨假设第m条支路发生故障。故障发生后，首先需要导通第m条主支路与转移支路间的真空触发间隙mml和mm2，使得电流可以得到转移。图5(a)为lc震荡电路作为转移支路的直流断路器，第m条支路故障发生后，打开第m条主支路的机械开关，控制晶闸管vt导通，预充电电容c向转移电感l放电，形成反向震荡电流，电流转移至转移支路，随着电容c的电压升高，mov支路导通，电流逐渐下降至零；图5(b)和图5(c)所示的直流断路器的转移支路采用固态开关，当第m条支路发生故障时，第m条支路的机械开关打开，控制转移支路的固态开关导通，电流转移至转移支路，转移完成且机械开关分断完成后，控制固态开关关断以完成分断，mov支路用以限制电压；图5(d)为转移支路采用磁耦合转移模块的经济型直流断路器，其开断原理与图5(a)类似，但是转移电容c1无需预充电，而是在感应线圈的原边侧的电容c2预充一定电压，当故障发生时，控制晶闸管vt导通，依靠耦合电感在副边侧产生电流，实现电流的转移与开断。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。