CN103762547A - 基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，包括换流支路以及由多个相同的模块组成的主断路器，所述换流支路与所述主断路器并联，所述模块由单断口真空断路器、避雷器和均压电路并联组成，本发明采用多模块串联组成主断路器，解决了现有的中、低压单断口真空断路器难以在基于人工过零的高压真空直流开断技术中应用的问题，使单断口真空断路器可以向更高电压等级拓展。

Description

基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置
技术领域
本发明涉及电力行业中的高压直流开断技术，具体涉及一种基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置。
背景技术
人工过零技术是直流开断的一个主要方法。基于人工过零的真空直流开断技术的基本原理为：在主真空断路器VCB两端并联一条由预充电的换流电容器C、换流电抗器L和换流开关S构成的换流支路，开断时，闭合换流开关S，则预充电的换流电容器C通过换流电抗器L和换流开关S产生迭加在主真空断路器VCB电流I上的反向震荡电流I1，使主真空断路器VCB电流形成“人工过零点”而熄灭，直流断路器开断过程中，会产生一定操作过电压，导致与直流断路器并联的避雷器MOV动作，避雷器动作后吸收能量，完成电路开断。现有的基于人工过零的真空直流开断技术中的主真空断路器均采用单断口结构，主要在低压和中压直流开断领域得到了研究和应用。
文献《The Basic Investigation of the High-speed VCB and Its application forthe DC Power System》介绍了高速真空断路器在直流开断技术中的应用，但文献中电压等级较低，主断路器采用单断口真空断路器。
文献《Relationship Between the Voltage Distribution Ratio and the Post ArcCurrent in Double-Break Vacuum Circuit Breakers》中研究了两个真空灭弧室的串联特性，但针对的是其交流开断性能，文中采用了并联均压电容的方式来对两个真空灭弧室均压，但真空灭弧室弧后介质恢复过程中恢复电压发生了高频振荡。
文献《基于永磁操动机构的光控模块式多断口真空断路器技术》中介绍了一种用于交流***的单断口真空断路器模块化设计，可以根据电压等级的需要串联相应的个数以组成高电压等级的交流真空断路器。每个模块串联所用的均压方式也为并联大电容的方式，如果将这种模块应用于人工过零直流开断技术中，在弧后介质恢复阶段主断口两端恢复电压会出现高频振荡问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。
一种基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，包括换流支路以及由多个相同的模块串联组成的主断路器，所述换流支路与所述主断路器并联，所述模块由单断口真空断路器、避雷器和均压电路并联组成。
所述均压电路为RC吸收电路或者RCD吸收电路或者单个均压电容。
所述单断口真空断路器采用电磁斥力***和永磁***相耦合的自适应操动机构，短路时，单断口真空断路器中的电磁斥力***动作，使主断路器打开，切负荷时，单断口真空断路器中的永磁***动作，使主断路器打开。
一种基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，包括换流支路、避雷器以及由多个相同的模块串联组成的主断路器，所述换流支路以及避雷器与所述主断路器并联，所述模块由单断口真空断路器和均压电路并联组成。
所述均压电路为RC吸收电路或者RCD吸收电路。
所述单断口真空断路器采用电磁斥力***和永磁***相耦合的自适应操动机构，短路时，单断口真空断路器中的电磁斥力***动作，使主断路器打开，切负荷时，单断口真空断路器中的永磁***动作，使主断路器打开。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明采用多模块串联组成主断路器，解决了现有的中、低压单断口真空断路器难以在基于人工过零的高压真空直流开断技术中应用的问题，使单断口真空断路器可以向更高电压等级拓展。
进一步地，本发明中均压电路采用RC吸收电路或者RCD吸收电路，解决了人工过零真空直流开断中主断路器恢复电压高频振荡的问题。
附图说明
图1为基于人工过零的真空直流开断技术的基本原理的示意图；
图2a为本发明组成主断路器的单个模块的结构示意图（均压电路为RC吸收电路）；
图2b为本发明组成主断路器的单个模块的结构示意图（均压电路为RCD吸收电路）；
图3a为本发明实施例1所述基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置结构示意图；
图3b为本发明实施例2所述基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置结构示意图；
图4为采用电容作为均压支路后主断路器电流过零阶段主断路器两端恢复电压和电流的波形；（主断路器由四个模块串联组成，电压等级100kV）
图5为采用RC吸收电路作为均压支路后主断路器电流过零阶段主断路器两端恢复电压和电流的波形；（主断路器由四个模块串联组成，电压等级是100kV）
图6为采用RCD吸收电路作为均压支路后主断路器电流过零阶段主断路器两端恢复电压和电流的波形。（主断路器由四个模块串联组成，电压等级是100kV）
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明作详细说明。
本发明将基于人工过零的高压真空直流开断技术中的主断路器设计为多个模块串联的形式。根据电压等级串联所需个数的模块组成主断路器。
实施例1
基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，包括换流支路以及由多个相同的模块组成的主断路器，每个模块包含三个支路的并联，参见图2a，三个支路分别是避雷器MOVn、单断口真空断路器SVCBn和RC吸收电路，RC吸收电路由电阻Rn和电容Cn串联组成（n=1,2,…,N），单个模块中包含的RC吸收电路也作为多个模块串联的均压电路。三个支路中的RC吸收电路也可以采用RCD吸收电路替换，参见图2b，RCD吸收电路可以选择电阻Rn、电容Cn以及二极管Dn组成，二极管Dn与电阻Rn并联后的电路与电容Cn串联；或者也可以采用电容替换RC吸收电路。
参见图3a，主断路器由图2a中所示的模块串联组成，串联所需的模块个数N由应用电压等级决定，换流支路与所述主断路器并联形成本发明所述基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，其中，换流支路由换流开关S、换流电抗器L和换流电容器C串联组成。
基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置的工作原理，分为以下几个步骤：
开断时，打开主断路器（同时全部打开所有模块内的单断口真空断路器），当主断路器总的电极开距达到设定的距离时，闭合换流开关S，则预充电的换流电容器C通过换流电抗器L和换流开关S产生迭加在主断路器电流I上的反向震荡电流I1，使主断路器中每个模块的单断口真空断路器电流形成“人工过零点”而熄灭，直流开断装置开断过程中，会产生一定操作过电压，导致每个模块中避雷器动作，避雷器动作后吸收能量，完成电流开断。
本发明的优点：
1）本发明将单断口真空断路器、避雷器和RC吸收电路或者RCD吸收电路或者单个均压电容并联组成模块，在基于人工过零的高压真空直流开断技术中应用更加方便，在应用中只需将模块直接串联即可，不需重新设计均压电路和避雷器。
2）本发明每个模块中包含的RC吸收电路或者RCD吸收电路作为多个模块串联的均压电路，与在单断口真空断路器两端并联电容作为多个单断口真空断路器串联的均压电路相比较，有效地抑制了开断过程中在弧后介质恢复阶段主断路器两端恢复电压的高频振荡，有利于主断路器的弧后介质恢复，仿真结果如图4、图5以及图6所示。
对于每个单断口真空断路器两端并联电容均压的结果参见图4，从主断路器电流过零阶段主断路器两端恢复电压和电流的波形中看出，此时恢复电压发生了振荡。对于每个单断口真空断路器两端并联RC吸收电路均压的结果参见图5，从主断路器电流过零阶段主断路器两端恢复电压和电流的波形中看出，主断路器两端恢复电压振荡情况得到了明显的抑制。对于每个单断口真空断路器两端并联RCD吸收电路均压的结果参见图6，从主断路器电流过零阶段主断路器两端恢复电压和电流的波形中看出，主断路器两端恢复电压振荡情况得到了明显的抑制。均压电路采用RC吸收电路或RCD吸收电路对主断路器两端恢复电压振荡的抑制效果明显优于采用电容的情况。
实施例2
基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，参见图3b，包括换流支路、避雷器以及由多个相同的模块组成的主断路器，所述换流支路以及避雷器与所述主断路器并联。每个模块包含两个支路的并联，两个支路分别是单断口真空断路器SVCBn和RC吸收电路，RC吸收电路由电阻Rn和电容Cn串联组成（n=1,2,…,N），单个模块中包含的RC吸收电路也作为多个模块串联的均压电路。两个支路中的RC吸收电路也可以采用RCD吸收电路替换。
由于避雷器的作用是限制主断路器两端恢复电压的峰值，所以可以采用实施例2的避雷器安装方式，达到与实施例1相同的效果，同时，实施例2的控制方式与实施例1也相同，并且，RC吸收电路或RCD吸收电路也可以发挥对主断路器两端恢复电压振荡的抑制作用。
实施例1以及实施例2中，单断口真空断路器优选具有电磁斥力***和永磁***相耦合的自适应操动机构的单断口真空断路器（中国专利申请200810150067.8中公开），但也可以采用其他现有的单断口真空断路器。

Claims (6)

1.一种基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，其特征在于：包括换流支路以及由多个相同的模块串联组成的主断路器，所述换流支路与所述主断路器并联，所述模块由单断口真空断路器、避雷器和均压电路并联组成。
2.根据权利要求1所述一种基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，其特征在于：所述均压电路为RC吸收电路或者RCD吸收电路或者单个均压电容。
3.根据权利要求1所述一种基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，其特征在于：所述单断口真空断路器采用电磁斥力***和永磁***相耦合的自适应操动机构，短路时，单断口真空断路器中的电磁斥力***动作，使主断路器打开，切负荷时，单断口真空断路器中的永磁***动作，使主断路器打开。
4.一种基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，其特征在于：包括换流支路、避雷器以及由多个相同的模块串联组成的主断路器，所述换流支路以及避雷器与所述主断路器并联，所述模块由单断口真空断路器和均压电路并联组成。
5.根据权利要求4所述一种基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，其特征在于：所述均压电路为RC吸收电路或者RCD吸收电路。
6.根据权利要求4所述一种基于人工过零的模块式高压真空直流开断装置，其特征在于：所述单断口真空断路器采用电磁斥力***和永磁***相耦合的自适应操动机构，短路时，单断口真空断路器中的电磁斥力***动作，使主断路器打开，切负荷时，单断口真空断路器中的永磁***动作，使主断路器打开。
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