本發(fā)明屬于電力電子，具體涉及到一種帶有拉弧檢測功能的直流斷路器及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、斷路器能夠覆蓋軌道交通、新能源與船舶等主要的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著直流組網(wǎng)技術(shù)在高壓輸電、中低壓配用電、新能源接入、船艦電推等領(lǐng)域的興起與應(yīng)用，對配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)策略、系統(tǒng)智能化、開合閘速度、可靠性等方面提出更高的要求。傳統(tǒng)機(jī)械式斷路器裝備的響應(yīng)速度難以應(yīng)對含高比例電力電子裝備系統(tǒng)的快速響應(yīng)需求。在此背景下，固態(tài)及混合式高速開關(guān)將作為真流系統(tǒng)更為理想的故障隔離方式，其應(yīng)用場景將呈現(xiàn)多樣化和規(guī)?；瘧B(tài)勢。

2、由于直流拉弧可能會引起事故，常見的如新能源光伏系統(tǒng)直流側(cè)接線端子多容易產(chǎn)生拉弧，因此如何解決電弧危害一直是電氣行業(yè)比較關(guān)注的問題，若在發(fā)生拉弧現(xiàn)象時能快速切斷電路是能有效避免如火災(zāi)事故的方法之一，而目前市場上常見的直流斷路器還沒有拉弧檢測功能。此外，在固態(tài)直流斷路器的開斷過程中，電子支路的導(dǎo)通時間覆蓋整個關(guān)斷過程，特別是在故障電流下，較長的電子支路導(dǎo)通時間將增加電子器件損壞的概率。因此，為了進(jìn)一步縮短混合式直流斷路器的開斷時間，需要設(shè)置新的電子支路導(dǎo)通時間對直流斷路器進(jìn)行控制，而現(xiàn)有的控制方法需要在機(jī)械開關(guān)徹底斷開后電子支路才能斷開。因此提出一種可變延時直流斷路器電子支路斷開時間控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種帶有拉弧檢測功能的直流斷路器及其控制方法，以解決現(xiàn)有的直流斷路器無拉弧檢測功能，系統(tǒng)可選性有待增強(qiáng)、故障精準(zhǔn)識別等問題。

2、基于上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種帶有拉弧檢測功能的直流斷路器，包括：固態(tài)斷路器和與所述固態(tài)斷路器連接的拉弧檢測組件，所述固態(tài)斷路器至少包括：電力電子器件支路、機(jī)械開關(guān)或接觸器、能量吸收裝置、電源板和控制板，所述機(jī)械開關(guān)或接觸器串聯(lián)在直流斷路器的主支路上，所述電力電子器件支路與所述機(jī)械開關(guān)或接觸器支路并聯(lián)，所述能量吸收裝置與所述電力電子器件支路連接，所述控制板與所述電力電子器件支路、所述機(jī)械開關(guān)或接觸器支路連接。所述電源板與電力電子器件支路、機(jī)械開關(guān)或接觸器、以及拉弧檢測組件連接。

3、可選的，所述拉弧檢測組件和所述固態(tài)斷路器分別獨(dú)立設(shè)置，所述拉弧檢測組件與所述固態(tài)斷路器中的所述控制板進(jìn)行有線或無線通信連接。

4、可選的，所述拉弧檢測組件采用光電倍增管模塊或電弧特征提取模塊。

5、可選的，所述拉弧檢測組件設(shè)置在所述固態(tài)斷路器內(nèi)部或外部，根據(jù)所需安裝檢測條件靈活安裝。

6、可選的，當(dāng)所述拉弧檢測組件設(shè)置在外部時，由電源板或外部提供電源給所述拉弧檢測組件。

7、可選的，所述拉弧檢測組件包括：依次連接的驅(qū)動模塊、拉弧檢測模塊以及信號處理模塊；所述拉弧檢測組件上電后，通過所述驅(qū)動模塊驅(qū)動所述拉弧檢測模塊對所述固態(tài)斷路器所在的直流斷路器安裝的總系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行拉弧檢測，并在檢測到電弧時，通過所述信號處理模塊輸出第一檢測信號至所述控制板以執(zhí)行所述固態(tài)斷路器的分?jǐn)嗖僮?，并同時輸出第二檢測信號至所述直流斷路器的總系統(tǒng)控制電路。

8、可選的，所述電力電子器件支路中設(shè)置有電力電子開關(guān)，所述能量吸收裝置為金屬氧化物壓敏電阻模塊或者瞬態(tài)抑制二極管模塊。

9、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例還提出了一種帶有拉弧檢測功能的直流斷路器的控制方法，包括：控制板接收到分閘指令或拉弧檢測組件傳輸?shù)臋z測到拉弧的第一檢測信號；所述控制板控制電力電子器件支路導(dǎo)通，機(jī)械開關(guān)關(guān)斷或接觸器斷開；通過機(jī)械開關(guān)或接觸器的輔助觸點(diǎn)檢測機(jī)械開關(guān)或接觸器的剛剛開始分?jǐn)嗟臅r刻t，因電路中的通流大小對關(guān)斷能力需求不同，因此可以通過一個系數(shù)k與斷開前的電流數(shù)值相乘以得到可變延遲時間t1；經(jīng)過可變延遲時間t1后，控制板關(guān)斷電力電子器件支路；在所述電力電子器件支路中的儲能元件達(dá)到能量吸收裝置的動作電壓時，所述能量吸收裝置接通，通過所述能量吸收裝置消耗能量，完成直流斷路器的分?jǐn)唷?/p>

10、可選的，所述方法還包括：對系統(tǒng)拉弧狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)控制，包括：控制板接收到拉弧檢測組件傳輸?shù)臋z測到拉弧的第一檢測信號；當(dāng)拉弧狀態(tài)校驗(yàn)功能使能時，導(dǎo)通電力電子器件支路，斷開機(jī)械開關(guān)或接觸器，斷開之后機(jī)械開關(guān)或接觸器后，電力電子器件支路斷開，并保持?jǐn)嚅_狀態(tài)一段時間，隨即再次導(dǎo)通電力電子器件支路；控制板分別記錄保存電力電子器件支路導(dǎo)通、斷開以及再次導(dǎo)通三段時間內(nèi)的拉弧檢測組件檢測信號；如果短時間內(nèi)的拉弧檢測信號均無變化，則可判定拉弧組件所傳遞信號為誤判；在確定為誤判的情況下，保持電力電子器件支路導(dǎo)通，合閘機(jī)械開關(guān)或接觸器，機(jī)械開關(guān)或接觸器合閘后，斷開電力電子器件支路；在確定為拉弧的情況下，斷開電力電子器件支路。

11、可選的，所述根據(jù)通流計(jì)算可變延遲時間t1，包括：獲取機(jī)械開關(guān)或接觸器斷開前的電流；將所述電流乘以預(yù)設(shè)系數(shù)得到可變延遲時間t1。

12、本發(fā)明的有益效果是：從上面所述可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種帶有拉弧檢測功能的直流斷路器及其控制方法，直流斷路器包括：固態(tài)斷路器和與所述固態(tài)斷路器連接的拉弧檢測組件，所述固態(tài)斷路器至少包括：電力電子器件支路、機(jī)械開關(guān)或接觸器、能量吸收裝置、電源板以及控制板，所述機(jī)械開關(guān)或接觸器串聯(lián)在直流斷路器的主支路上，所述電力電子器件支路與所述機(jī)械開關(guān)或接觸器并聯(lián)，所述能量吸收裝置與所述電力電子器件支路連接，所述控制板和電源板與所述電力電子器件支路、所述機(jī)械開關(guān)或接觸器以及所述拉弧檢測組件連接，通過增加拉弧檢測功能的固態(tài)斷路器，能夠?qū)」收线M(jìn)行更快速準(zhǔn)確地?cái)嚅_；采用新的控制方法設(shè)置電子支路導(dǎo)通時間，進(jìn)一步加快了直流斷路器的開斷時間，為系統(tǒng)提供更安全的保護(hù)，同時，采用接觸器替代傳統(tǒng)的快速機(jī)械開關(guān)可以降低成本，進(jìn)一步提升直流系統(tǒng)可靠性和工程實(shí)用性。

技術(shù)特征：

1.一種帶有拉弧檢測功能的直流斷路器，其特征是，所述直流斷路器包括：固態(tài)斷路器和與拉弧檢測組件，所述固態(tài)斷路器至少包括：電力電子器件支路、機(jī)械開關(guān)或接觸器、能量吸收裝置、電源板和控制板，機(jī)械開關(guān)或接觸器串聯(lián)在直流斷路器的主支路上，所述電力電子器件支路與所述機(jī)械開關(guān)或接觸器并聯(lián)，所述能量吸收裝置與所述電力電子器件支路連接，所述控制板與所述電力電子器件支路、所述機(jī)械開關(guān)或接觸器連接；所述電源板與電力電子器件支路、所述機(jī)械開關(guān)或接觸器、以及所述拉弧檢測組件連接。

2.如權(quán)利要求1所述的直流斷路器，其特征是，所述拉弧檢測組件和所述固態(tài)斷路器分別獨(dú)立設(shè)置，所述拉弧檢測組件與所述固態(tài)斷路器中的所述控制板進(jìn)行有線或無線通信連接。

3.如權(quán)利要求1所述的直流斷路器，其特征是，所述拉弧檢測組件采用光電倍增管模塊或電弧特征提取模塊。

4.如權(quán)利要求1所述的直流斷路器，其特征是，所述拉弧檢測組件設(shè)置在所述固態(tài)斷路器內(nèi)部或外部，根據(jù)所需安裝檢測條件靈活安裝。

5.如權(quán)利要求4所述的直流斷路器，其特征是，當(dāng)所述拉弧檢測組件設(shè)置在外部時，由電源板或外部提供電源給所述拉弧檢測組件。

6.如權(quán)利要求1所述的直流斷路器，其特征是，所述拉弧檢測組件包括：依次連接的驅(qū)動模塊、拉弧檢測模塊以及信號處理模塊；所述拉弧檢測組件上電后，通過所述驅(qū)動模塊驅(qū)動所述拉弧檢測模塊對所在的直流斷路器安裝的總系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行拉弧檢測，并在檢測到電弧時，通過所述信號處理模塊輸出第一檢測信號至所述控制板以執(zhí)行所述固態(tài)斷路器的分?jǐn)嗖僮鳎⑼瑫r輸出第二檢測信號至所述直流斷路器的總系統(tǒng)控制電路。

7.如權(quán)利要求1所述的直流斷路器，其特征是，所述電力電子器件支路中設(shè)置有電力電子開關(guān)，所述能量吸收裝置為金屬氧化物壓敏電阻或者瞬態(tài)抑制二極管模塊。

8.一種帶有拉弧檢測功能的直流斷路器的控制方法，其特征是，所述方法包括：

9.如權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征是，所述方法還包括：對系統(tǒng)拉弧狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)控制，包括：

10.如權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征是，所述根據(jù)通流計(jì)算可變延遲時間t1，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種帶有拉弧檢測功能的直流斷路器及其控制方法，直流斷路器包括：固態(tài)斷路器和與固態(tài)斷路器連接的拉弧檢測組件，固態(tài)斷路器至少包括：電力電子器件支路、機(jī)械開關(guān)或接觸器、能量吸收裝置、電源板以及控制板，機(jī)械開關(guān)或接觸器串聯(lián)在直流斷路器的主支路上，電力電子器件支路與機(jī)械開關(guān)或接觸器并聯(lián)，能量吸收裝置與電力電子器件支路連接，控制板和電源板與電力電子器件支路、機(jī)械開關(guān)或接觸器以及拉弧檢測組件連接，通過增加拉弧檢測功能，能夠?qū)」收线M(jìn)行更快速準(zhǔn)確地?cái)嚅_；通過設(shè)置電力電子器件支路導(dǎo)通時間，進(jìn)一步加快了直流斷路器的開斷時間，為系統(tǒng)提供更安全的保護(hù)，進(jìn)一步提升直流系統(tǒng)可靠性和工程實(shí)用性。

技術(shù)研發(fā)人員：李碧鈺,劉海濤,方俊彬,鄒揚(yáng)舉,黃敏,張志學(xué),陳濤,劉少奇,陳銀松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2