CN113809718B - 一种混合式高压直流断路器耗能支路保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种混合式高压直流断路器耗能支路保护方法及装置，混合式高压直流断路器耗能支路由m个避雷器组串联构成，每个避雷器组由n个避雷器并联构成，耗能支路通过避雷器串联耐受高电压，避雷器并联耐受大电流。耗能支路保护包括避雷器热保护和击穿保护，分别按照预定判别条件来判定断路器是否合闸以及是否启动避雷器热保护和/或击穿保护。该方法可实现对耗能支路避雷器的热保护和击穿保护，避免耗能支路避雷器因吸收超限能量而***，以及其***带来的转移支路电子开关过压击穿的风险，提高了设备运行的安全性。

Description

一种混合式高压直流断路器耗能支路保护方法及装置

技术领域

本发明属于高压直流断路器技术领域，具体涉及一种混合式高压直流断路器耗能支路保护方法及装置。

背景技术

混合式高压直流断路器继承了机械式直流断路器优良的静态特性和固态直流断路器快速分断的动态特性，被认为是最可能在未来直流电网中得到大范围应用的一种高压直流断路器。

混合式高压直流断路器由三条并联支路构成，包括：主支路、转移支路和耗能支路。其中，耗能支路由多个避雷器串并联构成，用于抑制断路器暂态分断电压和吸收感性元件储存能量，并将能量转化为热量。断路器吸收能量后需进行冷却，具备再次吸收能量的能力。

耗能支路避雷器因个别阀片质量导致单元组整体短路后，导致健全单元吸收能增大，存在吸收能量超过设计值发生***的风险。因此耗能支路避雷器设计应满足一个基本单元失效后，剩余单元仍具备正常开断及重合吸收能量能力。

直流电网要求断路器具备单次电流开断后快速重合闸能力，以及快速重合于故障下具备再此开断电流能力。断路器重合闸时，若合闸于线路永久故障，需要再次分断故障电流，其中最大限值因素就是耗能支路吸收能量。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合式高压直流断路器耗能支路保护方法及装置，实现对耗能支路避雷器的热保护和击穿保护，避免耗能支路避雷器因吸收超限能量而***以及其***带来的转移支路电子开关过压击穿的风险，提高了设备运行的安全性。

为达到上述目的，本发明的第一方面提供了一种混合式高压直流断路器耗能支路保护方法，所述混合式高压直流断路器耗能支路包括m个串联连接的避雷器组，每个避雷器组由n个避雷器并联构成；所述保护方法包括避雷器热保护方法和/或避雷器击穿保护方法；

所述避雷器热保护方法包括如下步骤：

计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂；

设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁；

根据P₁、P₂和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对耗能支路进行热保护；

所述避雷器击穿保护方法包括如下步骤：

计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂；

设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁；

判断耗能支路避雷器组内是否存在击穿故障，如果是，则计算避雷器组击穿损失的能量P₃；

根据P₁、P₂、P₃和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对击穿避雷器进行检修更换。

进一步的，所述计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂的步骤包括：

在断路器分断t₁时刻，满足|i₀|≥I_set1，则判定耗能支路避雷器动作，启动避雷器；

在断路器分断后t₂时刻，其中t₂＞t₁；满足|i₀|＜I_set1，则判定避雷器动作消失；

耗能支路避雷器吸收能量

其中，i₀为耗能支路总电流；I_set1为判断耗能支路避雷器启动的阈值。

进一步的，所述根据P₁、P₂和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对耗能支路进行热保护的步骤包括：

若P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路吸能后，剩余能量裕量小于断路器重合闸失败的吸收的能量，则断路器不允许合闸，需对断路器避雷器进行冷却，即对耗能支路进行热保护；

若P₂≤P_n-P₁，剩余能量裕量大于等于断路器重合闸失败的吸收的能量，则断路器允许合闸，无需对耗能支路进行热保护。

进一步的，所述判断耗能支路避雷器组内是否存在击穿故障，如果是，则计算避雷器组击穿损失的能量P₃的步骤包括：

在耗能支路避雷器动作期间，耗能支路总电流i₀和单支路电流i_m满足|i₀/n-i_m|≥I_set2时，则判定m级避雷器组击穿故障，其中，I_set2避雷器击穿故障电流判定阈值；

耗能支路避雷器组内存在击穿故障时，设定单个避雷器组吸收额定能量为P_m，j个避雷器组击穿损失的能量P₃＝j*P_m。

进一步的，所述根据P₁、P₂、P₃和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对击穿避雷器进行检修更换的步骤包括：

P₃＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量超限，剩余容量小于断路器重合闸失败所吸收的能量，则断路器禁止合闸，需对击穿避雷器进行检修更换；

P₃+P₂≤P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度仍能够满足断路器重合闸失败吸收的能量，则断路器允许合闸；

P₃≤P_n-P₁且P₃+P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量未超限，但耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度小于断路器重合闸失败吸收的能量，断路器需要进行冷却，待满足P₃+P₂≤P_n-P₁时，断路器允许合闸。

本发明的第二方面提供了一种混合式高压直流断路器耗能支路保护装置，所述混合式高压直流断路器耗能支路包括m个串联连接的避雷器组，每个避雷器组由n个避雷器并联构成；所述保护装置包括避雷器热保护模块和/或避雷器击穿保护模块；

所述避雷器热保护模块包括：

耗能支路避雷器的吸收能量计算单元，用于计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂；

设定单元，用于设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，以及断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁；

断路器合闸及热保护启动判断单元，根据P₁、P₂和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对耗能支路进行热保护；

所述避雷器击穿保护模块包括：

耗能支路避雷器的吸收能量计算单元，用于计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂；

设定单元，用于设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁；

击穿故障判断单元，用于判断耗能支路避雷器组内是否存在击穿故障，如果是，则计算避雷器组击穿损失的能量P₃；

断路器合闸及避雷器维修判断单元，用于根据P₁、P₂、P₃和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对击穿避雷器进行检修更换。

进一步的，所述耗能支路避雷器的吸收能量计算单元执行如下步骤：

在断路器分断t₁时刻，满足|i₀|≥I_set1，则判定耗能支路避雷器动作，启动避雷器；

在断路器分断后t₂时刻，其中t₂＞t₁；满足|i₀|＜I_set1，则判定避雷器动作消失；

计算耗能支路避雷器吸收能量

其中，i₀为耗能支路总电流；I_set1为判断耗能支路避雷器启动的阈值。

进一步的，所述断路器合闸及热保护启动判断单元执行如下步骤：

若P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路吸能后，剩余能量裕量小于断路器重合闸失败的吸收的能量，则断路器不允许合闸，需对断路器避雷器进行冷却，即对耗能支路进行热保护；

若P₂≤P_n-P₁，剩余能量裕量大于等于断路器重合闸失败的吸收的能量，则允许合闸，无需对耗能支路进行热保护。

进一步的，所述击穿故障判断单元执行如下步骤：

在耗能支路避雷器动作期间，耗能支路总电流i₀和单支路电流i_m满足|i₀/n-i_m|≥I_set2时，则判定m级避雷器组击穿故障，其中，I_set2避雷器击穿故障电流判定阈值；

耗能支路避雷器组内存在击穿故障时，设定单个避雷器组吸收额定能量为P_m，j个避雷器组击穿损失的能量P₃＝j*P_m。

进一步的，所述断路器合闸及避雷器维修判断单元执行如下步骤：

P₃＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量超限，剩余容量小于断路器重合闸失败所吸收的能量，则断路器禁止合闸，需对击穿避雷器进行检修更换；

P₃+P₂≤P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度仍能够满足断路器重合闸失败吸收的能量，则断路器允许合闸；

P₃≤P_n-P₁且P₃+P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量未超限，但耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度小于断路器重合闸失败吸收的能量，断路器需要进行冷却，待满足P₃+P₂≤P_n-P₁时，断路器允许合闸。

综上所述，本发明提供了一种混合式高压直流断路器耗能支路保护方法及装置，该混合式高压直流断路器耗能支路由m个避雷器组串联构成，每个避雷器组由n个避雷器并联构成，耗能支路通过避雷器串联耐受高电压，避雷器并联耐受大电流。耗能支路保护包括避雷器热保护和击穿保护，分别按照预定判别条件来判定断路器是否合闸以及是否启动避雷器热保护和/或击穿保护。该方法可实现对耗能支路避雷器的热保护和击穿保护，避免耗能支路避雷器因吸收超限能量而***，以及其***带来的转移支路电子开关过压击穿的风险，提高了设备运行的安全性。

附图说明

图1是本发明一实施例混合式高压直流断路器的原理示意图；

图2是本发明一实施例混合式高压直流断路器耗能支路的原理示意图；

图3是本发明一实施例混合式高压直流断路器耗能支路热保护方法的流程示意图；

图4是本发明一实施例混合式高压直流断路器耗能支路击穿保护方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明涉及一种混合式直流断路器，如图1所示。混合式直流断路器由主支路1、转移支路2和耗能支路3三条并联支路构成。主支路由快速机械开关4和少量功率模块SM1级联构成的电力电子开关串联而成，用于导通***电流。转移支路由大量功率模块SM2串联组成的电子开关构成，用于关断各种暂稳态工况下电流。耗能支路由避雷器MOV构成，用于抑制断路器暂态分断电压和吸收感性元件储存能量。具体的，如图2所示，耗能支路由m个避雷器组串联构成，每组由n个避雷器并联而成，实现直流***故障能量耗散和故障清除。

直流电网要求断路器具备单次电流开断后快速重合闸能力，以及快速重合于故障下具备再此开断电流能力。断路器重合闸时，若合闸于线路永久故障，需要再次分断故障电流，其中最大限值因素就是耗能支路吸收能量。

耗能支路吸收能量需进行冷却后，具备再次吸收能量的能力。此外，耗能支路避雷器发生击穿短路故障，同样会降低其吸收能量，同时失去了对转移支路电子开关过压保护能力。因此，耗能支路避雷保护包括热保护和击穿故障保护。

本发明的第一方面提供了一种混合式高压直流断路器耗能支路保护方法，所述混合式高压直流断路器耗能支路包括m个串联连接的避雷器组，每个避雷器组由n个避雷器并联构成；所述保护方法包括避雷器热保护方法和/或避雷器击穿保护方法。

所述避雷器热保护方法包括如下步骤，如图3所示：

步骤S100，计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂。

具体的，在断路器分断t₁时刻，满足|i₀|≥I_set1判定耗能支路避雷器动作，启动避雷器；在断路器分断后t₂(t₂＞t₁)时刻，满足|i₀|＜I_set1，判定避雷器动作消失。计算耗能支路避雷器吸收能量为：其中，i₀为耗能支路总电流；I_set1为判断耗能支路避雷器启动的阈值。

步骤S200，设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁。

步骤S300，根据P₁、P₂和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对耗能支路进行热保护。

若P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路吸能后，剩余能量裕量小于断路器重合闸失败的吸收的能量，断路器不允许合闸，需对断路器避雷器进行冷却，即对耗能支路进行热保护；避雷器热保护时间由避雷器吸收的能量和避雷器散热特性决定。

若P₂≤P_n-P₁，剩余能量裕量大于等于断路器重合闸失败的吸收的能量，则断路器允许合闸，无需对耗能支路进行热保护。

所述避雷器击穿保护方法包括如下步骤，如图4所示：

步骤S100’，计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂，计算方式与上述相同，在此不再赘述。

步骤S200’，设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁。

步骤S300’，判断耗能支路避雷器组内是否存在击穿故障，如果是，则计算避雷器组击穿损失的能量P₃。耗能支路避雷器击穿保护首先要完成避雷器击穿故障判断，判断方法如下：

在耗能支路避雷器动作期间，耗能支路总电流i₀和单支路电流i_m满足|i₀/n-i_m|≥I_set2时，判定m级避雷器组击穿故障，I_set2避雷器击穿故障电流判定阈值；

耗能支路串联避雷器组内存在击穿故障时，击穿避雷器组因短路无法吸能，能量设定单个避雷器组吸收额定能量为P_m，j个避雷器组击穿损失的能量P₃＝j*P_m。

步骤S400’，根据P₁、P₂、P₃和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对击穿避雷器进行检修更换。

具体的，P₃＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量超限，剩余容量小于断路器重合闸失败所吸收的能量，断路器禁止合闸，需对击穿避雷器进行检修更换；

P₃+P₂≤P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度仍能够满足断路器重合闸失败吸收的能量，断路器允许合闸；

P₃≤P_n-P₁且P₃+P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量未超限，但耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度小于断路器重合闸失败吸收的能量，断路器需要进行冷却，待满足P₃+P₂≤P_n-P₁时，断路器允许合闸。

以某型号500kV/25kA/3ms混合式高压直流断路器为例，对该方法进行进一步的说明。耗能支路由10个避雷器串联构成，每组由2个避雷器并联构成。额定吸收能量P_n＝150MJ，单个避雷器组吸收能量P_m＝15MJ。不同工况下，断路器耗能支路避雷器吸收能量如表1所示，其中断路器重合闸失败P₁＝125MJ。

表1

断路器工况	耗能支路吸收能量	耗能支路冷却时间
			分闸(电流4.5kA)	17MJ	30min
分闸(电流6.8kA)	47MJ	120min
			分闸(25kA)	95MJ	160min
重合闸失败	125MJ	180min

当断路器分断4.5kA以上电流时，避雷器耗能支路吸收能量P₂＞P_n-P₁，故障耗能支路分断后，耗能支路需要进行热保护。由j＝(P_n-P₁)/P_m，可以得出，当击穿避雷器组为1组时P₃＝15MJ，满足P₃≤P_n-P₁，则耗能支路避雷器无需检修。当击穿避雷器组为j≥2时，则有P₃＞P_n-P₁，则需要对耗能支路避雷器进行检修，断路器禁止合闸。

本发明的第二方面提供了一种混合式高压直流断路器耗能支路保护装置，所述混合式高压直流断路器耗能支路包括m个串联连接的避雷器组，每个避雷器组由n个避雷器并联构成；所述保护装置包括避雷器热保护模块和/或避雷器击穿保护模块。

所述避雷器热保护模块包括：

耗能支路避雷器的吸收能量计算单元，用于计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂；

设定单元，用于设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，以及断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁；

断路器合闸及热保护启动判断单元，根据P₁、P₂和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对耗能支路进行热保护；

所述避雷器击穿保护模块包括：

耗能支路避雷器的吸收能量计算单元，用于计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂；

设定单元，用于设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁；

击穿故障判断单元，用于判断耗能支路避雷器组内是否存在击穿故障，如果是，则计算避雷器组击穿损失的能量P₃；

断路器合闸及避雷器维修判断单元，用于根据P₁、P₂、P₃和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对击穿避雷器进行检修更换。

进一步的，所述耗能支路避雷器的吸收能量计算单元执行如下步骤：

在断路器分断t₁时刻，满足|i₀|≥I_set1，则判定耗能支路避雷器动作，启动避雷器；

在断路器分断后t₂时刻，其中t₂＞t₁；满足|i₀|＜I_set1，则判定避雷器动作消失；

计算耗能支路避雷器吸收能量

其中，i₀为耗能支路总电流；I_set1为判断耗能支路避雷器启动的阈值。

进一步的，所述断路器合闸及热保护启动判断单元执行如下步骤：

若P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路吸能后，剩余能量裕量小于断路器重合闸失败的吸收的能量，则断路器不允许合闸，需对断路器避雷器进行冷却，即对耗能支路进行热保护；

若P₂≤P_n-P₁，剩余能量裕量大于等于断路器重合闸失败的吸收的能量，则允许合闸，无需对耗能支路进行热保护。

进一步的，所述击穿故障判断单元执行如下步骤：

在耗能支路避雷器动作期间，耗能支路总电流i₀和单支路电流i_m满足|i₀/n-i_m|≥I_set2时，则判定m级避雷器组击穿故障，其中，I_set2避雷器击穿故障电流判定阈值；

耗能支路避雷器组内存在击穿故障时，设定单个避雷器组吸收额定能量为P_m，j个避雷器组击穿损失的能量P₃＝j*P_m。

进一步的，所述断路器合闸及避雷器维修判断单元执行如下步骤：

P₃＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量超限，剩余容量小于断路器重合闸失败所吸收的能量，则断路器禁止合闸，需对击穿避雷器进行检修更换；

P₃+P₂≤P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度仍能够满足断路器重合闸失败吸收的能量，则断路器允许合闸；

P₃≤P_n-P₁且P₃+P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量未超限，但耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度小于断路器重合闸失败吸收的能量，断路器需要进行冷却，待满足P₃+P₂≤P_n-P₁时，断路器允许合闸。

综上所述，本发明提供了一种混合式高压直流断路器耗能支路保护方法及装置，该混合式高压直流断路器耗能支路由m个避雷器组串联构成，每个避雷器组由n个避雷器并联构成，耗能支路通过避雷器串联耐受高电压，避雷器并联耐受大电流。耗能支路保护包括避雷器热保护和击穿保护，分别按照预定判别条件来判定断路器是否合闸以及是否启动避雷器热保护和/或击穿保护。该方法可实现对耗能支路避雷器的热保护和击穿保护，避免耗能支路避雷器因吸收超限能量而***，以及其***带来的转移支路电子开关过压击穿的风险，提高了设备运行的安全性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种混合式高压直流断路器耗能支路保护方法，其特征在于，所述混合式高压直流断路器耗能支路包括m个串联连接的避雷器组，每个避雷器组由n个避雷器并联构成；所述保护方法包括避雷器热保护方法和/或避雷器击穿保护方法；

所述避雷器热保护方法包括如下步骤：

计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂；

设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁；

根据P₁、P₂和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对耗能支路进行热保护；

所述避雷器击穿保护方法包括如下步骤：

计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂；

设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁；

判断耗能支路避雷器组内是否存在击穿故障，如果是，则计算避雷器组击穿损失的能量P₃；

根据P₁、P₂、P₃和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对击穿避雷器进行检修更换。

2.根据权利要求1所述的混合式高压直流断路器耗能支路保护方法，其特征在于，所述计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂的步骤包括：

在断路器分断t₁时刻，满足|i₀|≥I_set1，则判定耗能支路避雷器动作，启动避雷器；

在断路器分断后t₂时刻，其中t₂＞t₁；满足|i₀|＜I_set1，则判定避雷器动作消失；

耗能支路避雷器吸收能量

其中，i₀为耗能支路总电流；I_set1为判断耗能支路避雷器启动的阈值。

3.根据权利要求1或2所述的混合式高压直流断路器耗能支路保护方法，其特征在于，所述根据P₁、P₂和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对耗能支路进行热保护的步骤包括：

若P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路吸能后，剩余能量裕量小于断路器重合闸失败的吸收的能量，则断路器不允许合闸，需对断路器避雷器进行冷却，即对耗能支路进行热保护；

若P₂≤P_n-P₁，剩余能量裕量大于等于断路器重合闸失败的吸收的能量，则断路器允许合闸，无需对耗能支路进行热保护。

4.根据权利要求1或2所述的混合式高压直流断路器耗能支路保护方法，其特征在于，所述判断耗能支路避雷器组内是否存在击穿故障，如果是，则计算避雷器组击穿损失的能量P₃的步骤包括：

在耗能支路避雷器动作期间，耗能支路总电流i₀和单支路电流i_m满足|i₀/n-i_m|≥I_set2时，则判定m级避雷器组击穿故障，其中，I_set2避雷器击穿故障电流判定阈值；

耗能支路避雷器组内存在击穿故障时，设定单个避雷器组吸收额定能量为P_m，j个避雷器组击穿损失的能量P₃＝j*P_m。

5.根据权利要求1或2所述的混合式高压直流断路器耗能支路保护方法，其特征在于，所述根据P₁、P₂、P₃和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对击穿避雷器进行检修更换的步骤包括：

P₃＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量超限，剩余容量小于断路器重合闸失败所吸收的能量，则断路器禁止合闸，需对击穿避雷器进行检修更换；

P₃+P₂≤P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度仍能够满足断路器重合闸失败吸收的能量，则断路器允许合闸；

P₃≤P_n-P₁且P₃+P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量未超限，但耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度小于断路器重合闸失败吸收的能量，断路器需要进行冷却，待满足P₃+P₂≤P_n-P₁时，断路器允许合闸。

6.一种混合式高压直流断路器耗能支路保护装置，其特征在于，所述混合式高压直流断路器耗能支路包括m个串联连接的避雷器组，每个避雷器组由n个避雷器并联构成；所述保护装置包括避雷器热保护模块和/或避雷器击穿保护模块；

所述避雷器热保护模块包括：

耗能支路避雷器的吸收能量计算单元，用于计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂；

设定单元，用于设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，以及断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁；

断路器合闸及热保护启动判断单元，根据P₁、P₂和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对耗能支路进行热保护；

所述避雷器击穿保护模块包括：

耗能支路避雷器的吸收能量计算单元，用于计算在断路器分断状态下避雷器启动到关闭一定时间内耗能支路避雷器的吸收能量P₂；

设定单元，用于设定耗能支路避雷器额定最大能量为P_n，断路器重合闸失败耗能支路避雷器吸收的最大能量为P₁；

击穿故障判断单元，用于判断耗能支路避雷器组内是否存在击穿故障，如果是，则计算避雷器组击穿损失的能量P₃；

断路器合闸及避雷器维修判断单元，用于根据P₁、P₂、P₃和P_n之间的关系，判断是否允许断路器合闸以及是否对击穿避雷器进行检修更换。

7.根据权利要求6所述的混合式高压直流断路器耗能支路保护装置，其特征在于，所述耗能支路避雷器的吸收能量计算单元执行如下步骤：

在断路器分断t₁时刻，满足|i₀|≥I_set1，则判定耗能支路避雷器动作，启动避雷器；

在断路器分断后t₂时刻，其中t₂＞t₁；满足|i₀|＜I_set1，则判定避雷器动作消失；

计算耗能支路避雷器吸收能量

其中，i₀为耗能支路总电流；I_set1为判断耗能支路避雷器启动的阈值。

8.根据权利要求6或7所述的混合式高压直流断路器耗能支路保护装置，其特征在于，所述断路器合闸及热保护启动判断单元执行如下步骤：

若P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路吸能后，剩余能量裕量小于断路器重合闸失败的吸收的能量，则断路器不允许合闸，需对断路器避雷器进行冷却，即对耗能支路进行热保护；

若P₂≤P_n-P₁，剩余能量裕量大于等于断路器重合闸失败的吸收的能量，则允许合闸，无需对耗能支路进行热保护。

9.根据权利要求6或7所述的混合式高压直流断路器耗能支路保护装置，其特征在于，所述击穿故障判断单元执行如下步骤：

在耗能支路避雷器动作期间，耗能支路总电流i₀和单支路电流i_m满足|i₀/n-i_m|≥I_set2时，则判定m级避雷器组击穿故障，其中，I_set2避雷器击穿故障电流判定阈值；

耗能支路避雷器组内存在击穿故障时，设定单个避雷器组吸收额定能量为P_m，j个避雷器组击穿损失的能量P₃＝j*P_m。

10.根据权利要求6或7所述的混合式高压直流断路器耗能支路保护装置，其特征在于，所述断路器合闸及避雷器维修判断单元执行如下步骤：

P₃＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量超限，剩余容量小于断路器重合闸失败所吸收的能量，则断路器禁止合闸，需对击穿避雷器进行检修更换；

P₃+P₂≤P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度仍能够满足断路器重合闸失败吸收的能量，则断路器允许合闸；

P₃≤P_n-P₁且P₃+P₂＞P_n-P₁，表示耗能支路避雷器击穿损失能量未超限，但耗能支路避雷器击穿损失能量加上分断吸收能量后，剩余的能量裕度小于断路器重合闸失败吸收的能量，断路器需要进行冷却，待满足P₃+P₂≤P_n-P₁时，断路器允许合闸。