本發(fā)明涉及電力設(shè)備，尤其涉及一種大容量斷路器。

背景技術(shù)：

1、百萬千瓦級大型發(fā)電機(jī)組因其在經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)電效率等方面具有顯著優(yōu)勢，得到了大力推廣和應(yīng)用，然而，其短路電流非常高，通常包含巨大的直流分量，易出現(xiàn)電流延遲過零現(xiàn)象，對發(fā)電機(jī)斷路器開斷能力要求很高。目前，大容量發(fā)電機(jī)斷路器多采用六氟化硫開斷原理，通過在觸頭打開過程中產(chǎn)生很高的電弧電壓迫使電流過零，開斷時間長，且電弧能量累積巨大。同時，六氟化硫還是一種不環(huán)保的氣體，不符合未來電力裝備環(huán)?；陌l(fā)展要求。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，公開號為cn113555857a的中國發(fā)明專利申請《基于弧壓增強(qiáng)轉(zhuǎn)移的快速熔斷裝置》通過橫磁電流回路產(chǎn)生磁場，調(diào)控電弧形態(tài)，使其電阻增大并產(chǎn)生震蕩，電弧電壓迅速上升，導(dǎo)通熔斷器，短路電流能量在熔斷期中耗散，實現(xiàn)中壓直流系統(tǒng)短路故障工況的短路電流的快速開斷或限流的功能，該快速熔斷裝置是通過外加橫磁電路來提升高速開關(guān)的電弧電壓，進(jìn)而強(qiáng)迫電流轉(zhuǎn)移，電弧電壓的提升幅度決定了電流轉(zhuǎn)移的速度，該快速熔斷裝置的電流轉(zhuǎn)移速度和過零可靠性還存在優(yōu)化空間，在實際應(yīng)用中無法使得弧壓升得太高，決定了其目前只適用于小電流等級的開斷工況，并不適用于超大容量的發(fā)電機(jī)出口短路電流的開斷工況。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于如何提高超大短路電流開斷的可靠性，以滿足大型發(fā)電機(jī)組保護(hù)需求。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：一種大容量斷路器，所述斷路器包括主支路、轉(zhuǎn)移支路、熔斷器支路，其中，主支路包括高速機(jī)械開關(guān)s，轉(zhuǎn)移支路包括轉(zhuǎn)移電容c、轉(zhuǎn)移電感l(wèi)、晶閘管模塊，轉(zhuǎn)移電容c、轉(zhuǎn)移電感l(wèi)、晶閘管模塊串聯(lián)后并聯(lián)在高速機(jī)械開關(guān)s的兩端，熔斷器支路包括至少一個熔斷器f，熔斷器f并聯(lián)在高速機(jī)械開關(guān)s的兩端。

3、本發(fā)明的大容量斷路器通過將轉(zhuǎn)移支路并聯(lián)在主支路上，通過轉(zhuǎn)移支路向主支路直接注入反向電流，能夠快速降低主支路的電流幅值，強(qiáng)迫主支路電流快速下降與過零，能夠快速且十分可靠地實現(xiàn)主支路的人工過零，最終通過熔斷器完成開斷，大幅縮短開斷時間，適用于超大容量的發(fā)電機(jī)出口短路電流的開斷工況，且完全環(huán)境友好。

4、優(yōu)選的，所述高速機(jī)械開關(guān)s包括真空開關(guān)、空氣開關(guān)、電力電子開關(guān)中的一個或多個的組合。

5、優(yōu)選的，所述高速機(jī)械開關(guān)s由快速操動機(jī)構(gòu)驅(qū)動，所述快速操動機(jī)構(gòu)為彈簧操作機(jī)構(gòu)或高速電機(jī)機(jī)構(gòu)或電磁斥力機(jī)構(gòu)。

6、優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)移電容c為預(yù)充電電容，轉(zhuǎn)移電容c的負(fù)極連接高速機(jī)械開關(guān)s的一端，轉(zhuǎn)移電容c的正極連接轉(zhuǎn)移電感l(wèi)的一端，轉(zhuǎn)移電感l(wèi)的另一端連接晶閘管模塊的一端，晶閘管模塊的另一端連接高速機(jī)械開關(guān)s的另一端。

7、優(yōu)選的，所述晶閘管模塊包括反向并聯(lián)的晶閘管組件t1、晶閘管組件t2，晶閘管組件t1的陰極與晶閘管組件t2的陽極相連后連接到轉(zhuǎn)移電感l(wèi)的另一端，晶閘管組件t1的陽極與晶閘管組件t2的陰極相連后連接到高速機(jī)械開關(guān)s的另一端。

8、優(yōu)選的，所述晶閘管組件t1、晶閘管組件t2分別包括多個串聯(lián)的晶閘管。

9、優(yōu)選的，所述熔斷器支路包括單刀雙擲開關(guān)、兩個并聯(lián)的熔斷器，兩個并聯(lián)的熔斷器通過單刀雙擲開關(guān)切換，完成一次電流開斷后，切換至另一熔斷器。

10、優(yōu)選的，所述斷路器還包括氧化鋅避雷器，所述氧化鋅避雷器并聯(lián)在高速機(jī)械開關(guān)s的兩端。

11、優(yōu)選的，所述斷路器的正向開斷包括正常通流階段、燃弧和電流轉(zhuǎn)移階段、電流成功開斷階段，在正常通流階段，電流從斷路器左端流入，經(jīng)過高速機(jī)械開關(guān)s后從右端流出，此時轉(zhuǎn)移支路和熔斷器支路都沒有電流流過，當(dāng)故障發(fā)生時，高速機(jī)械開關(guān)s接收到分閘信號，高速機(jī)械開關(guān)s動作，在電流作用下產(chǎn)生電弧，當(dāng)檢測到短路電流下降至特征值時，觸發(fā)晶閘管組件t2，轉(zhuǎn)移電容c與轉(zhuǎn)移電感l(wèi)振蕩產(chǎn)生高頻轉(zhuǎn)移電流，轉(zhuǎn)移電流注入主支路，導(dǎo)致流經(jīng)高速機(jī)械開關(guān)s的電流急速下降，產(chǎn)生人工過零點(diǎn)，高速機(jī)械開關(guān)s過零截止，成功耐受弧后介質(zhì)恢復(fù)電壓，短路電流開始向熔斷器支路轉(zhuǎn)移，隨著晶閘管組件t2過零截止，短路電流全部轉(zhuǎn)移至熔斷器支路，熔斷器的熔絲熔斷，成功開斷故障電流。

12、優(yōu)選的，所述斷路器的反向開斷包括正常通流階段、燃弧和電流轉(zhuǎn)移階段、電流成功開斷階段，在正常通流階段，電流從斷路器右端流入，經(jīng)過高速機(jī)械開關(guān)s后從左端流出，此時轉(zhuǎn)移支路和熔斷器支路都沒有電流流過，當(dāng)故障發(fā)生時，提前觸發(fā)一次晶閘管t2，釋放半個周波的轉(zhuǎn)移電流，將轉(zhuǎn)移電容c的極性調(diào)轉(zhuǎn)成左正右負(fù)，高速機(jī)械開關(guān)s接收到分閘信號，高速機(jī)械開關(guān)s動作，在電流作用下產(chǎn)生電弧，當(dāng)檢測到短路電流下降至特征值時，觸發(fā)晶閘管組件t1，轉(zhuǎn)移電容c與轉(zhuǎn)移電感l(wèi)振蕩產(chǎn)生高頻轉(zhuǎn)移電流，轉(zhuǎn)移電流注入主支路，導(dǎo)致流經(jīng)高速機(jī)械開關(guān)s的電流急速下降，產(chǎn)生人工過零點(diǎn)，高速機(jī)械開關(guān)s過零截止，成功耐受弧后介質(zhì)恢復(fù)電壓，短路電流開始向熔斷器支路轉(zhuǎn)移，隨著晶閘管組件t1過零截止，短路電流全部轉(zhuǎn)移至熔斷器支路，熔斷器的熔絲熔斷，成功開斷故障電流。

13、本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)在于：

14、(1)本發(fā)明的大容量斷路器通過將轉(zhuǎn)移支路并聯(lián)在主支路上，通過轉(zhuǎn)移支路向主支路直接注入反向電流，能夠快速降低主支路的電流幅值，強(qiáng)迫主支路電流快速下降與過零，能夠快速且十分可靠地實現(xiàn)主支路的人工過零，最終通過熔斷器完成開斷，大幅縮短開斷時間，適用于超大容量的發(fā)電機(jī)出口短路電流的開斷工況，且完全環(huán)境友好。

15、(2)本發(fā)明將熔斷器支路設(shè)置成包括單刀雙擲開關(guān)、兩個并聯(lián)的熔斷器的方式，兩個并聯(lián)的熔斷器通過單刀雙擲開關(guān)切換，完成一次電流開斷后，能夠快速切換至另一熔斷器，有助于電力系統(tǒng)快速恢復(fù)供電。

16、(3)本發(fā)明通過在高速機(jī)械開關(guān)s的兩端并聯(lián)氧化鋅避雷器，能夠抑制和吸收熔斷器熔斷過程中產(chǎn)生的過電壓以及能量，避免高速機(jī)械開關(guān)弧后重燃。

技術(shù)特征：

1.一種大容量斷路器，其特征在于：所述斷路器包括主支路、轉(zhuǎn)移支路、熔斷器支路，其中，主支路包括高速機(jī)械開關(guān)s，轉(zhuǎn)移支路包括轉(zhuǎn)移電容c、轉(zhuǎn)移電感l(wèi)、晶閘管模塊，轉(zhuǎn)移電容c、轉(zhuǎn)移電感l(wèi)、晶閘管模塊串聯(lián)后并聯(lián)在高速機(jī)械開關(guān)s的兩端，熔斷器支路包括至少一個熔斷器f，熔斷器f并聯(lián)在高速機(jī)械開關(guān)s的兩端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量斷路器，其特征在于：所述高速機(jī)械開關(guān)s包括真空開關(guān)、空氣開關(guān)、電力電子開關(guān)中的一個或多個的組合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大容量斷路器，其特征在于：所述高速機(jī)械開關(guān)s由快速操動機(jī)構(gòu)驅(qū)動，所述快速操動機(jī)構(gòu)為彈簧操作機(jī)構(gòu)或高速電機(jī)機(jī)構(gòu)或電磁斥力機(jī)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量斷路器，其特征在于：所述轉(zhuǎn)移電容c為預(yù)充電電容，轉(zhuǎn)移電容c的負(fù)極連接高速機(jī)械開關(guān)s的一端，轉(zhuǎn)移電容c的正極連接轉(zhuǎn)移電感l(wèi)的一端，轉(zhuǎn)移電感l(wèi)的另一端連接晶閘管模塊的一端，晶閘管模塊的另一端連接高速機(jī)械開關(guān)s的另一端。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大容量斷路器，其特征在于：所述晶閘管模塊包括反向并聯(lián)的晶閘管組件t1、晶閘管組件t2，晶閘管組件t1的陰極與晶閘管組件t2的陽極相連后連接到轉(zhuǎn)移電感l(wèi)的另一端，晶閘管組件t1的陽極與晶閘管組件t2的陰極相連后連接到高速機(jī)械開關(guān)s的另一端。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大容量斷路器，其特征在于：所述晶閘管組件t1、晶閘管組件t2分別包括多個串聯(lián)的晶閘管。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量斷路器，其特征在于：所述熔斷器支路包括單刀雙擲開關(guān)、兩個并聯(lián)的熔斷器，兩個并聯(lián)的熔斷器通過單刀雙擲開關(guān)切換，完成一次電流開斷后，切換至另一熔斷器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量斷路器，其特征在于：所述斷路器還包括氧化鋅避雷器，所述氧化鋅避雷器并聯(lián)在高速機(jī)械開關(guān)s的兩端。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大容量斷路器，其特征在于：所述斷路器的正向開斷包括正常通流階段、燃弧和電流轉(zhuǎn)移階段、電流成功開斷階段，在正常通流階段，電流從斷路器左端流入，經(jīng)過高速機(jī)械開關(guān)s后從右端流出，此時轉(zhuǎn)移支路和熔斷器支路都沒有電流流過，當(dāng)故障發(fā)生時，高速機(jī)械開關(guān)s接收到分閘信號，高速機(jī)械開關(guān)s動作，在電流作用下產(chǎn)生電弧，當(dāng)檢測到短路電流下降至特征值時，觸發(fā)晶閘管組件t2，轉(zhuǎn)移電容c與轉(zhuǎn)移電感l(wèi)振蕩產(chǎn)生高頻轉(zhuǎn)移電流，轉(zhuǎn)移電流注入主支路，導(dǎo)致流經(jīng)高速機(jī)械開關(guān)s的電流急速下降，產(chǎn)生人工過零點(diǎn)，高速機(jī)械開關(guān)s過零截止，成功耐受弧后介質(zhì)恢復(fù)電壓，短路電流開始向熔斷器支路轉(zhuǎn)移，隨著晶閘管組件t2過零截止，短路電流全部轉(zhuǎn)移至熔斷器支路，熔斷器的熔絲熔斷，成功開斷故障電流。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大容量斷路器，其特征在于：所述斷路器的反向開斷包括正常通流階段、燃弧和電流轉(zhuǎn)移階段、電流成功開斷階段，在正常通流階段，電流從斷路器右端流入，經(jīng)過高速機(jī)械開關(guān)s后從左端流出，此時轉(zhuǎn)移支路和熔斷器支路都沒有電流流過，當(dāng)故障發(fā)生時，提前觸發(fā)一次晶閘管t2，釋放半個周波的轉(zhuǎn)移電流，將轉(zhuǎn)移電容c的極性調(diào)轉(zhuǎn)成左正右負(fù)，高速機(jī)械開關(guān)s接收到分閘信號，高速機(jī)械開關(guān)s動作，在電流作用下產(chǎn)生電弧，當(dāng)檢測到短路電流下降至特征值時，觸發(fā)晶閘管組件t1，轉(zhuǎn)移電容c與轉(zhuǎn)移電感l(wèi)振蕩產(chǎn)生高頻轉(zhuǎn)移電流，轉(zhuǎn)移電流注入主支路，導(dǎo)致流經(jīng)高速機(jī)械開關(guān)s的電流急速下降，產(chǎn)生人工過零點(diǎn)，高速機(jī)械開關(guān)s過零截止，成功耐受弧后介質(zhì)恢復(fù)電壓，短路電流開始向熔斷器支路轉(zhuǎn)移，隨著晶閘管組件t1過零截止，短路電流全部轉(zhuǎn)移至熔斷器支路，熔斷器的熔絲熔斷，成功開斷故障電流。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種大容量斷路器，屬于電力設(shè)備領(lǐng)域，所述斷路器包括主支路、轉(zhuǎn)移支路、熔斷器支路，其中，主支路包括高速機(jī)械開關(guān)S，轉(zhuǎn)移支路包括轉(zhuǎn)移電容C、轉(zhuǎn)移電感L、晶閘管模塊，轉(zhuǎn)移電容C、轉(zhuǎn)移電感L、晶閘管模塊串聯(lián)后并聯(lián)在高速機(jī)械開關(guān)S的兩端，熔斷器支路包括至少一個熔斷器F，熔斷器F并聯(lián)在高速機(jī)械開關(guān)S的兩端；大容量斷路器通過將轉(zhuǎn)移支路并聯(lián)在主支路上，通過轉(zhuǎn)移支路向主支路直接注入反向電流，能夠快速降低主支路的電流幅值，強(qiáng)迫主支路電流快速下降與過零，能夠快速且十分可靠地實現(xiàn)主支路的人工過零，最終通過熔斷器完成開斷，大幅縮短開斷時間，適用于超大容量的發(fā)電機(jī)出口短路電流的開斷工況，且完全環(huán)境友好。

技術(shù)研發(fā)人員：官瑋平,楊為,朱太云,韓翔宇,楊飛,陳忠,孫晉茹,胡迪,翟晨樂,李合翕
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28