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为快速分断直流故障电流、减小故障电流峰值大小,目前国内外已相继提出多种直流断路器拓扑。无弧分断混合式高压直流断路器拓扑如图1所示,本文以四分段高压直流断路器为例,该直流断路器主要包括并联的机械支路、主支路以及能量吸收支路。其中,机械支路包括串联的机械开关K以及IGBT开关Tm;主支路包括依次串联的IGBT开关阀组T1、T2、T3、T4,每组开关由多个IGBT串联而成;能量吸收支路由多组避雷器串联而成,每组避雷器由多个避雷器并联而成。
当系统正常运行时,机械支路与主支路同时导通,由于机械支路的导通电阻比主支路电阻小很多,因此直流电流主要从机械支路流过,运行损耗较小。
在直流侧发生短路故障后,直流电流将迅速增大,直流断路器接收到保护信号后迅速启动分断。该分断过程可分为以下3个部分：
1）机械支路的IGBT开关Tm迅速关断,故障电流向主支路转移并持续增大,该过程约耗几百μs的时间。
2）在机械支路电流降为0之后,机械开关K启动分断,避免了因在大电流下分断而产生电弧,实现了机械开断的无弧分断,加快了直流断路器分断速度,延长了机械开关使用寿命。
3）在机械开关K分断达到耐压要求后,T1、T2、T3、T4同时关断,故障电流迅速转移至能量吸收支路,避雷器投入形成反电势并吸收直流系统中感性器件存储的能量,直流电流逐渐降为0,完成分断。
