1.本发明涉及一种强迫换流的直流限流断路器，具有直流电流开断能力。
背景技术：2.高压直流输电技术具有输电稳定、损耗小及无同步问题等优点，近年来直流电力系统的规模及容量持续增长。相较于传统交流系统，直流系统短路故障具有：电流上升速率快、短路电流峰值高、没有自然过零点等特点，同时直流断路器还需要吸收储存在系统电感中的能量，直流开断难度大。目前，根据关键开断器件的不同，可将直流断路器分为三类：机械式断路器、固态式断路器和混合式断路器。传统的机械式直流断路器利用预充电电容器，成本高、体积大；固态式和混合式直流断路器利用全控型电力电子器件，成本高、难以规模化应用。
技术实现要素：3.针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种强迫换流的直流限流断路器，可以将其应用在需要限流的开断场景。本发明通过磁耦合将主支路和充电支路耦合，利用短路故障变化的电流使充电支路感应出电流对电容充电，而后导通晶闸管，使电容放电，将断口电流转移至液态金属支路，当转移电流值上升至超过液态金属限流器起弧电流特征值后，液态金属限流器建立弧压，形成过电压，完成开断。所述直流断路器具有不需要提前储能、拓扑灵活、同时有限流功能等优点。
4.具体的，本发明采用如下技术方案：
5.一种强迫换流的直流限流断路器，由主电流支路、充电支路和开断支路组成。其中，主电流支路由高速机械开关hss和磁耦合线圈l
21
组成，充电支路由磁耦合线圈l
22
、二极管d1和电容c1组成，开断支路由二极管d2、电感l1、液态金属限流器lmcl1、lmcl2和晶闸管tr组成，磁耦合模块通过电感磁耦合联接主电流支路和充电支路。其特征在于：
6.(1)所述主电流支路由高速机械开关hss和磁耦合线圈l
21
组成。
7.(2)充电支路由磁耦合线圈l
22
、二极管d1和电容c1组成。
8.(3)所述开断支路由二极管d2、电感l1、液态金属限流器lmcl1、lmcl2和晶闸管tr组成。
9.(4)所述液态金属限流器lmcl1、lmcl2可改变结构特征设定不同的起弧电流特征值。
10.系统正常通流情况下，系统电流经由磁耦合电感l
21
，闭合的高速机械开关hss流出。此时充电支路和开断支路均无电流流过。
11.系统发生短路故障时，主支路电流快速上升，磁耦合模块可以限制主支路电流上升速率，同时感应出电流给电容c1充电。当电流达到断路器动作整定值时，高速机械开关hss动作分闸，触头之间开始燃弧。触头拉开一定的距离后，触发导通晶闸管tr，电容c1通过电感l1、液态金属限流器lmcl2放电，将断口电流转移至开断支路。当高速机械开关hss电流
接近过零时，换流电流上升至较大幅值并超过液态金属限流器起弧电流特征值后，液态金属限流器迅速建立弧压，形成过电压，完成开断。
12.所述的高速机械开关hss是基于电磁斥力的真空高速机械开关、基于高速电机驱动的真空机械开关或基于爆炸驱动的真空高速机械开关。
13.所述晶闸管tr为单向导通的半控型器件，也可以是gto、igbt。
14.所述的充电电容为单一电容、串并联电容组、单一电容串联电感、串并联电容组串联电感。
15.所述液态金属限流器lmcl可改变结构特征设定不同的起弧电流特征值。
附图说明
16.说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本公开的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
17.图1是断路器拓扑图；
18.图2(a)至图2(d)是本发明的断路器开断短路电流工作原理图。
具体实施方案
19.以下结合附图1至图2(d)来说明本发明的具体实施方式。
20.图1为断路器本体结构示意图，包括主电流支路、充电支路、开断支路。
21.图2(a)至图2(d)给出了断路器在系统短路故障下的开断过程。下文将结合图2(a)至图2(d)说明此开断过程。
22.(1)如图2(a)所示，在系统正常流通状态下，电流流经主回路高速机械开关hss和磁耦合线圈l
21
。
23.(2)如图2(b)所示，当发生短路故障需要开断时，磁耦合线圈l
22
感应出电流给电容c1充电，极性为左正右负，同时磁耦合模块可以限制主支路电流上升速率。
24.(3)如图2(c)所示，当触头打开一定距离时，触发晶闸管tr，电容c1开始放电将电流转移至开断支路，初始阶段，转移电流没达到液态金属限流器的起弧电流特征值，液态金属限流器的等效电阻很小。
25.(4)如图2(d)所示，在转移电流过程中，当高速机械开关hss电流接近过零时，换流电流上升至较大幅值并超过液态金属限流器起弧电流特征值后，液态金属限流器迅速建立弧压，形成过电压，完成开断。
26.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
技术特征：1.一种强迫换流的直流限流断路器，由主电流支路、充电支路和开断支路组成，其中，主电流支路由高速机械开关hss和磁耦合线圈l21组成，充电支路由磁耦合线圈l22、二极管d1和电容c1组成，开断支路由二极管d2、电感l1、液态金属限流器lmcl1、lmcl2和晶闸管tr组成，磁耦合模块通过电感磁耦合联接主电流支路和充电支路，其特征在于：(1)所述主电流支路由高速机械开关hss和磁耦合线圈l
21
组成；(2)充电支路由磁耦合线圈l
22
、二极管d1和电容c1组成；(3)所述开断支路由二极管d2、电感l1、液态金属限流器lmcl1、lmcl2和晶闸管tr组成；(4)所述液态金属限流器lmcl1、lmcl2可改变结构特征设定不同的起弧电流特征值。2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：优选的，系统正常通流情况下，系统电流经由磁耦合电感l
21
，闭合的高速机械开关hss流出，此时充电支路和开断支路均无电流流过；系统发生短路故障时，主支路电流快速上升，磁耦合模块可以限制主支路电流上升速率，同时感应出电流给电容c1充电，当电流达到断路器动作整定值时，高速机械开关hss动作分闸，触头之间开始燃弧，触头拉开一定的距离后，触发导通晶闸管tr，电容c1通过电感l1、液态金属限流器lmcl2放电，将hss电流转移至开断支路，当高速机械开关hss电流接近过零时，换流电流上升至较大幅值并超过液态金属限流器lmcl1、lmcl2起弧电流特征值后，液态金属限流器迅速建立弧压，形成过电压，完成开断。3.根据权利要求1-2所述的断路器，其特征在于：所述的高速机械开关hss是基于电磁斥力的真空高速机械开关、基于高速电机驱动的真空机械开关或基于爆炸驱动的真空高速机械开关。4.根据权利要求1-3所述的断路器，其特征在于：所述晶闸管tr，为单向导通的半控型器件，也可以是gto、igbt。5.根据权利要求1-4所述的断路器，其特征在于：所述的充电电容为单一电容、串并联电容组、单一电容串联电感、串并联电容组串联电感。6.根据权利要求1-5所述的断路器，其特征在于：所述液态金属限流器lmcl可改变结构参数设定不同的起弧电流特征值。
技术总结一种强迫换流的直流限流断路器，由主电流支路、充电支路和开断支路组成。其中，主电流支路由高速机械开关HSS和磁耦合线圈L
技术研发人员：吴益飞 肖宇 郭佳豪 史明明 肖小龙 刘爱强 荣命哲 吴翊
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：2022.06.20
技术公布日：2022/11/1
