一種機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，包括以下步驟：當(dāng)高壓直流側(cè)發(fā)生短路故障、電流和電流上升陡度達(dá)到相應(yīng)的開斷設(shè)定值時，超快速機(jī)械開關(guān)立即動作，以超快的剛分速度使觸頭分離，形成物理間隙并產(chǎn)生電弧，隨即給電力電子開關(guān)發(fā)出開斷指令；電力電子開關(guān)快速開斷短路電流，使超快速機(jī)械開關(guān)觸頭間的電弧熄滅形成隔離斷口；超快速機(jī)械開關(guān)觸頭分離至最終分閘位置且避雷器中的電流衰減為零時，斷路器完成整個開斷過程，將高壓直流輸電電網(wǎng)與故障線路隔離。本發(fā)明可綜合考慮不同元件的性價比，優(yōu)化配合；盡可能地減少元器件，縮小體積，減少重量，提高可靠性，為未來高壓開關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)開辟新的途徑。
【專利說明】一種機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種開斷方法，具體涉及一種機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可靠有效的電力供應(yīng)以及開發(fā)利用可再生資源對于改進(jìn)電力傳輸模式提出了巨大的挑戰(zhàn)?；诘蛽p耗、遠(yuǎn)距離、大功率輸電以及更有效地連接可再生能源入網(wǎng)和便于靈活操作的優(yōu)點(diǎn)，高壓直流輸電得到了新的重視。特別是基于電壓源型換流器的柔性直流輸電技術(shù)的出現(xiàn)使得多端高壓直流電網(wǎng)的籌建發(fā)展成為可能，并越來越具吸引力。具有快速開斷直流故障電流和隔離故障功能的直流斷路器是實(shí)現(xiàn)多端高壓直流電網(wǎng)必不可少和至關(guān)重要的元件。
[0003]直流系統(tǒng)中短路故障發(fā)生后，短路電流上升非常快，要求高壓直流開關(guān)能快速開斷，并將高壓直流輸電電網(wǎng)與故障線路隔離。雖然目前市場上已有高壓直流開關(guān)，并有一些已在超高電壓系統(tǒng)中運(yùn)行，但它們都只是用于點(diǎn)對點(diǎn)的直流輸電系統(tǒng)，都是作為轉(zhuǎn)換開關(guān)將故障電流從一個電路轉(zhuǎn)換到另一電路，并利用電容器放電以制造電流零點(diǎn)，最終由交流斷路器完成開斷，其開斷時間較長，系統(tǒng)欠穩(wěn)定，直接開斷短路故障電流的開斷能力也較低，不適用多端高壓直流系統(tǒng)。故具有高開斷能力的快速高壓直流斷路器仍然是多端高壓直流發(fā)展的一個瓶頸，限制著多端高壓直流的發(fā)展。因此，高壓直流斷路器的研發(fā)迫在眉睫，一場研發(fā)高壓直流斷路器的激烈競爭在國內(nèi)外電力設(shè)備制造商之間正在悄然進(jìn)行。
[0004]截止目前，只有ABB在2012年11月公布他們最新研發(fā)出了混合式高壓直流斷路器，具有速度快、損耗小、開斷能力較高的特點(diǎn)。這無疑是一大進(jìn)步，但仍存在一些缺陷；如所需電力電子元件數(shù)量大，而且從安全可靠角度考慮需要很多候役的備份元件；體積龐大，控制系統(tǒng)復(fù)雜，價格昂貴，保護(hù)控制配合尚需斟酌；型式試驗(yàn)項(xiàng)目有待進(jìn)一步商榷確定；特別是對不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電網(wǎng)可靠性和運(yùn)行操作有待考驗(yàn)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，利用了超快速機(jī)械開關(guān)合閘時損耗小，耐壓，絕緣性能好，分閘速度快的特點(diǎn)；電力電子開關(guān)可斷流、速度快、體積小及模塊化設(shè)計(jì)易于成套；在參數(shù)選擇上可綜合考慮不同元件的性價比，優(yōu)化配合；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡可能地減少元器件，縮小體積，減少重量，提高可靠性。與上述ABB的混合式高壓直流斷路器相比，因無需由大量電力電子開關(guān)組成的主開斷回路，本發(fā)明的體積、重量和造價均大幅降低。因此，預(yù)期設(shè)計(jì)將不但在技術(shù)上達(dá)到并超過當(dāng)代高壓直流斷路器的水平，而且具有體積小、重量輕和造價低的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)而為未來高壓開關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)開辟新的途徑。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供一種機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，所述機(jī)電一體化高壓直流斷路器包括超快速機(jī)械開關(guān)、電力電子開關(guān)和避雷器，所述超快速機(jī)械開關(guān)和電力電子開關(guān)串聯(lián)后，與所述避雷器并聯(lián)；所述控制方法包括以下步驟:
[0008]步驟1:當(dāng)高壓直流側(cè)發(fā)生短路故障、電流和電流上升陡度達(dá)到相應(yīng)的開斷設(shè)定值時，超快速機(jī)械開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)立即動作，以超快的剛分速度使觸頭分離，形成物理間隙并產(chǎn)生電弧，隨即給電力電子開關(guān)發(fā)出開斷指令；
[0009]步驟2:電力電子開關(guān)快速開斷短路電流，使超快速機(jī)械開關(guān)觸頭間的電弧熄滅形成隔離斷口，超快速機(jī)械開關(guān)承受高電壓，電力電子開關(guān)不承受高電壓；
[0010]步驟3:當(dāng)超快速機(jī)械開關(guān)觸頭分離至最終分閘位置且避雷器中的電流衰減為零時，所述機(jī)電一體化高壓直流斷路器完成整個開斷過程，將高壓直流輸電電網(wǎng)與故障線路隔離。
[0011]所述超快速機(jī)械開關(guān)包括觸頭、滅弧室和操作機(jī)構(gòu)；超快速機(jī)械開關(guān)在額定電流時保持合閘，當(dāng)高壓直流側(cè)發(fā)生故障時，電流迅速上升，當(dāng)電流和電流上升陡度達(dá)到相應(yīng)的開斷設(shè)定值時，操作機(jī)構(gòu)動作使觸頭分離，形成物理間隙并產(chǎn)生電弧，隨即給電力電子開關(guān)發(fā)出開斷指令，超快速機(jī)械開關(guān)觸頭繼續(xù)分離至最終分閘位置，在分離過程中，當(dāng)電力電子開關(guān)開斷后，超快速機(jī)械開關(guān)的電流過零，電弧熄滅形成隔離斷口，并承受額定電壓。
[0012]所述超快速機(jī)械開關(guān)采用利用電磁斥力操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械快速開關(guān)，或機(jī)械快速開關(guān)與觸發(fā)間隙組成的快速混合開關(guān)的操動機(jī)構(gòu)的快速機(jī)械開關(guān)。
[0013]所述電力電子開關(guān)由至少兩個絕緣柵雙極型晶體管或碳化硅電力電子元件串聯(lián)而成；絕緣柵雙極型晶體管的尺寸和個數(shù)或碳化硅電力電子元件的個數(shù)分別根據(jù)其額定電壓和電流確定。
[0014]所述電力電子開關(guān)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，處于關(guān)合狀態(tài)，流過正常的負(fù)荷電流；當(dāng)接到開斷指令后，快速開斷電流并將電流轉(zhuǎn)移到所述避雷器，使所述超快速機(jī)械開關(guān)觸頭間的電弧熄滅，達(dá)到開斷直流電流的目的。
[0015]所述絕緣柵雙極型晶體管包括在N-襯底表面進(jìn)行低濃度的N-離子注入形成的襯底，形成在襯底表面的柵極氧化層，淀積在柵極氧化層上的多晶硅柵極，形成在柵極氧化層與N-襯底之間的p+阱區(qū)及位于p+阱區(qū)與柵極氧化層之間的N+阱區(qū)，位于N-襯底下方的背面注入?yún)^(qū)，位于注入?yún)^(qū)下方的集電極及位于柵極氧化層上方的發(fā)射極，柵極氧化層下方的N-型襯底上設(shè)有一個濃P型阱區(qū)。
[0016]所述避雷器為金屬氧化物避雷器，其具有非線性電阻的特性，用于能量吸收和暫態(tài)過電壓保護(hù)；在正常運(yùn)行狀態(tài)下，其電阻很大，相當(dāng)于開路狀態(tài)；當(dāng)所述超快速機(jī)械開關(guān)和電力電子開關(guān)開斷后，將電流轉(zhuǎn)移到避雷器，因避雷器電阻隨著電流的增加而降低，從而可限制操作過電壓并吸收殘余能量。
[0017]所述金屬氧化物避雷器包括數(shù)節(jié)避雷器單元，避雷器單元包括絕緣套和法蘭；所述絕緣套為兩層，內(nèi)層為非瓷質(zhì)絕緣材料的絕緣筒，外層為硅橡膠復(fù)合材料的傘套，絕緣筒上設(shè)置有壓力釋放口，在壓力釋放口上裝配有密封件；所述法蘭與絕緣筒之間以膠裝連接。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0019](I)機(jī)電一體化高壓直流斷路器中的超快速機(jī)械開關(guān)合閘時損耗小，耐壓，絕緣性能好，分閘速度快；
[0020](2)電力電子開關(guān)可斷流、速度快、體積小及模塊化設(shè)計(jì)易于成套；[0021](3)在參數(shù)選擇上可綜合考慮不同元件的性價比，優(yōu)化配合；
[0022](4)避雷器的應(yīng)用可限制由電力電子開關(guān)開斷后所產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓起到保護(hù)超高速機(jī)械開關(guān)和電力電子開關(guān)的作用并吸收殘余能量；
[0023](5)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡可能地減少元器件，縮小體積，減少重量，提高可靠性。因此，預(yù)期設(shè)計(jì)將達(dá)到并超過當(dāng)代高壓直流斷路器的水平，同時還具有體積小、重量輕和造價低的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)而為未來高壓開關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)開辟新的途徑；
[0024](6)機(jī)電一體化高壓直流斷路器不僅可用于高壓直流系統(tǒng)，做適當(dāng)?shù)母脑煲部捎糜诟邏航涣飨到y(tǒng)，如故障電流限制器、電源快速切換裝置、快速旁路裝置等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是機(jī)電一體化高壓直流斷路器的電氣示意圖；
[0026]圖2是機(jī)電一體化高壓直流斷路器開斷方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028]本發(fā)明提供機(jī)電一體化高壓直流斷路器，它不僅有能力在很短時間(數(shù)毫秒)開斷直流短路電流，能滿足直流斷路器的基本要求；而且同時簡化控制，集檢測、觸發(fā)、開斷，隔離功能于一身。電力電子元器件將比ABB的混合式直流斷路器大幅度減少，體積和造價也將隨之大幅度降低，控制將趨于簡單。進(jìn)而也將為未來高壓開關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)開辟新的途徑。
[0029]新型機(jī)電一體化高壓直流斷路器的設(shè)計(jì)理念與現(xiàn)有高壓直流斷路器有所不同，它具有直接開斷短路電流的能力。它與純電力電子直流斷路器相比，因不需大量的電力電子元件，其輸電損耗顯著減少，由此解決了純電力電子斷路器通態(tài)損耗高、造價高和體積大的弊端。與ABB的混合式直流斷路器相比，在具有相同的開斷直流短路電流能力的條件下，新型機(jī)電一體化高壓直流斷路器可節(jié)省由大量電力電子元件組成的主開斷回路，即大大減少對電力電子元件的需求，同時也簡化了控制和保護(hù)設(shè)備，其造價和體積均顯著減少，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益彰顯。
[0030]本發(fā)明提供一種機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，如圖1，所述機(jī)電一體化高壓直流斷路器包括超快速機(jī)械開關(guān)、電力電子開關(guān)和避雷器，所述超快速機(jī)械開關(guān)和電力電子開關(guān)串聯(lián)后，與所述避雷器并聯(lián)；如圖2，所述控制方法包括以下步驟:
[0031]步驟1:當(dāng)高壓直流側(cè)發(fā)生短路故障、電流和電流上升陡度達(dá)到相應(yīng)的開斷設(shè)定值時，超快速機(jī)械開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)立即動作，以超快的剛分速度使觸頭分離，形成物理間隙并產(chǎn)生電弧，隨即給電力電子開關(guān)發(fā)出開斷指令；
[0032]步驟2:電力電子開關(guān)快速開斷短路電流，使超快速機(jī)械開關(guān)觸頭間的電弧熄滅形成隔離斷口，超快速機(jī)械開關(guān)承受高電壓，電力電子開關(guān)不承受高電壓；
[0033]步驟3:當(dāng)超快速機(jī)械開關(guān)觸頭分離至最終分閘位置且避雷器中的電流衰減為零時，所述機(jī)電一體化高壓直流斷路器完成整個開斷過程，將高壓直流輸電電網(wǎng)與故障線路隔離。
[0034]所述超快速機(jī)械開關(guān)包括觸頭、滅弧室和操作機(jī)構(gòu)；超快速機(jī)械開關(guān)在額定電流時保持合閘，當(dāng)高壓直流側(cè)發(fā)生故障時，電流迅速上升，電流和電流上升陡度達(dá)到相應(yīng)的開斷設(shè)定值時，操作機(jī)構(gòu)動作使觸頭分離，形成物理間隙并產(chǎn)生電弧，隨即給電力電子開關(guān)發(fā)出開斷指令，超快速機(jī)械開關(guān)觸頭繼續(xù)分離至最終分閘位置，在分離過程中，當(dāng)電力電子開關(guān)開斷后，超快速機(jī)械開關(guān)的電流過零，電弧熄滅形成隔離斷口，并承受額定電壓。
[0035]所述超快速機(jī)械開關(guān)的滅弧室設(shè)計(jì)需要滿足超快速分?jǐn)嗟囊?，同時具有耐受電弧和高壓的功能。操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要滿足較大的操作功和較高的剛分速度以保證超快速開斷的要求。
[0036]所述超快速機(jī)械開關(guān)采用利用電磁斥力操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械快速開關(guān)，或機(jī)械快速開關(guān)與觸發(fā)間隙組成的快速混合開關(guān)的操動機(jī)構(gòu)的超快速機(jī)械開關(guān)。
[0037]所述電力電子開關(guān)由至少兩個絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor-1GBT)或碳化硅電力電子元件串聯(lián)而成；絕緣柵雙極型晶體管的尺寸和個數(shù)或碳化硅電力電子元件的個數(shù)分別根據(jù)其額定電壓和電流確定。
[0038]所述電力電子開關(guān)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，處于關(guān)合狀態(tài)，流過正常的負(fù)荷電流；當(dāng)接到開斷指令后，快速開斷電流并將電流轉(zhuǎn)移到所述避雷器，使所述超快速機(jī)械開關(guān)觸頭間的電弧熄滅，達(dá)到開斷直流電流的目的。
[0039]所述絕緣柵雙極型晶體管包括在N-襯底表面進(jìn)行低濃度的N-離子注入形成的襯底，形成在襯底表面的柵極氧化層，淀積在柵極氧化層上的多晶硅柵極，形成在柵極氧化層與N-襯底之間的p+阱區(qū)及位于p+阱區(qū)與柵極氧化層之間的N+阱區(qū)，位于N-襯底下方的背面注入?yún)^(qū)，位于注入?yún)^(qū)下方的集電極及位于柵極氧化層上方的發(fā)射極，柵極氧化層下方的N-型襯底上設(shè)有一個濃P型阱區(qū)。
[0040]所述避雷器為金屬氧化物避雷器，其具有非線性電阻的特性，用于能量吸收和暫態(tài)過電壓保護(hù)；在正常運(yùn)行狀態(tài)下，其電阻很大，相當(dāng)于開路狀態(tài)；當(dāng)所述超快速機(jī)械開關(guān)和電力電子開關(guān)開斷后，將電流轉(zhuǎn)移到避雷器，因避雷器電阻隨著電流的增加而降低，從而可限制操作過電壓并吸收殘余能量。
[0041]所述金屬氧化物避雷器包括數(shù)節(jié)避雷器單元，避雷器單元包括絕緣套和法蘭；所述絕緣套為兩層，內(nèi)層為非瓷質(zhì)絕緣材料的絕緣筒，外層為硅橡膠復(fù)合材料的傘套，絕緣筒上設(shè)置有壓力釋放口，在壓力釋放口上裝配有密封件；所述法蘭與絕緣筒之間以膠裝連接。
[0042]新型機(jī)電一體化高壓直流斷路器的結(jié)構(gòu)特征是能夠在高壓直流側(cè)發(fā)生短路故障，電流和電流上升陡度(di/dt)達(dá)到相應(yīng)設(shè)定的開斷值時，超快速機(jī)械開關(guān)操作機(jī)構(gòu)立即動作，以超快速的剛分速度使觸頭分離，形成物理間隙并產(chǎn)生電弧，隨即給電力電子開關(guān)發(fā)出開斷指令。電力電子開關(guān)快速開斷短路電流，使超快速機(jī)械開關(guān)觸頭間的電弧熄滅形成隔離斷口，因而電力電子開關(guān)不承受高電壓。當(dāng)超快速機(jī)械開關(guān)觸頭分離至最終分閘位置且避雷器中的電流衰減為零時，新型機(jī)電一體化高壓直流斷路器完成整個開斷過程，將高壓直流輸電電網(wǎng)與故障線路隔離。避雷器的應(yīng)用可限制由電力電子開關(guān)開斷后所產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓起到保護(hù)超高速機(jī)械開關(guān)和電力電子開關(guān)的作用并吸收殘余能量。
[0043]本發(fā)明以超快速機(jī)械開關(guān)和電力電子開關(guān)為核心器件，提出新型機(jī)電一體化高壓直流斷路器設(shè)計(jì)方案。與2012年11月ABB公布的最新研發(fā)的混合式直流斷路器相比，它不僅具有相同的開斷直流短路電流的能力，而且可節(jié)省由大量電力電子元件組成的主開斷回路，即大大減少對電力電子元件的需求，從而不但可大量降低造價和成本，并且可減小設(shè)備的尺寸，簡化控制和保護(hù)設(shè)備，可解決多端高壓直流發(fā)展的瓶頸。在此基礎(chǔ)上，后續(xù)研究可容易形成系列智能開關(guān)產(chǎn)品及成套裝置，在電力系統(tǒng)推廣應(yīng)用，可顯著提升電網(wǎng)控制及保護(hù)水平。
[0044]標(biāo)準(zhǔn)單元模塊設(shè)計(jì)的電力電子開關(guān)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以根據(jù)系統(tǒng)所需的額定電壓，額定電流，額定短路開斷電流，通過串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組成。此外，新型機(jī)電一體化高壓直流斷路器不僅可用于高壓直流系統(tǒng)，做適當(dāng)?shù)母脑煲部捎糜诟邏航涣飨到y(tǒng)，如故障電流限制器、電源快速切換裝置、快速旁路裝置等。
[0045]據(jù)預(yù)測，未來五年間世界范圍內(nèi)柔性直流輸電的市場規(guī)模將達(dá)到1000億元以上，柔性直流工程以每年近10條的速度增加；國內(nèi)的柔性直流輸電市場容量將達(dá)到200MW/年的平均增長速度，至2015年柔性直流輸電設(shè)備投資將超過20億元人民幣。這些工程的建設(shè)項(xiàng)目對為高壓直流斷路器的研制發(fā)展提出了較大的需求要求，也帶來了難得的發(fā)展機(jī)遇。預(yù)計(jì)未來5年，國內(nèi)外在直流斷路器方面的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值每年將增長數(shù)十億元人民幣。
[0046]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于:所述機(jī)電一體化高壓直流斷路器包括超快速機(jī)械開關(guān)、電力電子開關(guān)和避雷器，所述超快速機(jī)械開關(guān)和電力電子開關(guān)串聯(lián)后，與所述避雷器并聯(lián)；所述控制方法包括以下步驟: 步驟1:當(dāng)高壓直流側(cè)發(fā)生短路故障、電流和電流上升陡度達(dá)到相應(yīng)的開斷設(shè)定值時，超快速機(jī)械開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)立即動作，以超快的剛分速度使觸頭分離，形成物理間隙并產(chǎn)生電弧，隨即給電力電子開關(guān)發(fā)出開斷指令； 步驟2:電力電子開關(guān)快速開斷短路電流，使超快速機(jī)械開關(guān)觸頭間的電弧熄滅形成隔離斷口，超快速機(jī)械開關(guān)承受高電壓，電力電子開關(guān)不承受高電壓； 步驟3:當(dāng)超快速機(jī)械開關(guān)觸頭分離至最終分閘位置且避雷器中的電流衰減為零時，所述機(jī)電一體化高壓直流斷路器完成整個開斷過程，將高壓直流輸電電網(wǎng)與故障線路隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于:所述超快速機(jī)械開關(guān)包括觸頭、滅弧室和操作機(jī)構(gòu)；超快速機(jī)械開關(guān)在額定電流時保持合閘，當(dāng)高壓直流側(cè)發(fā)生故障時，電流迅速上升，當(dāng)電流和電流上升陡度達(dá)到相應(yīng)的開斷設(shè)定值時，操作機(jī)構(gòu)動作使觸頭分離，形成物理間隙并產(chǎn)生電弧，隨即給電力電子開關(guān)發(fā)出開斷指令，超快速機(jī)械開關(guān)觸頭繼續(xù)分離至最終分閘位置，在分離過程中，當(dāng)電力電子開關(guān)開斷后，超快速機(jī)械開關(guān)的電流過零，電弧熄滅形成隔離斷口，并承受額定電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于:所述超快速機(jī)械開關(guān)采用利用電磁斥力操動機(jī)構(gòu)的機(jī)械快速開關(guān)，或機(jī)械快速開關(guān)與觸發(fā)間隙組成的快速混合開關(guān)的操動機(jī)構(gòu)的快速機(jī)械開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于:所述電力電子開關(guān)由至少兩個絕緣柵雙極型晶體管或碳化硅電力電子元件串聯(lián)而成；絕緣柵雙極型晶體管的尺寸和個數(shù)或碳`化硅電力電子元件的個數(shù)分別根據(jù)其額定電壓和電流確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于:所述電力電子開關(guān)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，處于關(guān)合狀態(tài)，流過正常的負(fù)荷電流；當(dāng)接到開斷指令后，快速開斷電流并將電流轉(zhuǎn)移到所述避雷器，使所述超快速機(jī)械開關(guān)觸頭間的電弧熄滅，達(dá)到開斷直流電流的目的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于:所述絕緣柵雙極型晶體管包括在N-襯底表面進(jìn)行低濃度的N-離子注入形成的襯底，形成在襯底表面的柵極氧化層，淀積在柵極氧化層上的多晶硅柵極，形成在柵極氧化層與N-襯底之間的P+阱區(qū)及位于P+阱區(qū)與柵極氧化層之間的N+阱區(qū)，位于N-襯底下方的背面注入?yún)^(qū)，位于注入?yún)^(qū)下方的集電極及位于柵極氧化層上方的發(fā)射極，柵極氧化層下方的N-型襯底上設(shè)有一個濃P型阱區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于:所述避雷器為金屬氧化物避雷器，其具有非線性電阻的特性，用于能量吸收和暫態(tài)過電壓保護(hù)；在正常運(yùn)行狀態(tài)下，其電阻很大，相當(dāng)于開路狀態(tài)；當(dāng)所述超快速機(jī)械開關(guān)和電力電子開關(guān)開斷后，將電流轉(zhuǎn)移到避雷器，因避雷器電阻隨著電流的增加而降低，從而可限制操作過電壓并吸收殘余能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)電一體化高壓直流斷路器的開斷方法，其特征在于:所述金屬氧化物避雷器包括數(shù)節(jié)避雷器單元，避雷器單元包括絕緣套和法蘭；所述絕緣套為兩層，內(nèi)層為非瓷質(zhì)絕緣材料的絕緣筒，外層為硅橡膠復(fù)合材料的傘套，絕緣筒上設(shè)置有壓力釋放口，在壓力釋放口上裝`配有密封件；所述法蘭與絕緣筒之間以膠裝連接。
【文檔編號】H02H3/087GK103532091SQ201310485123
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】馬釗, 安婷, 邱宇峰 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院