導讀 高壓直流斷路器可以分為機械式高壓直流斷路器固態(tài)高壓直流斷路器與混合式高壓直流斷路器其開斷短路電流的方法各有不同

高壓直流斷路器可以分為機械式高壓直流斷路器（mechanical HVDC circuit breaker）固態(tài)高壓直流斷路器（solid-state HVDC circuit breaker）與混合式高壓直流斷路器（hybrid HVDC circuit breaker）其開斷短路電流的方法各有不同

1. 機械式高壓直流斷路器

機械式高壓直流斷路器利用快速機械開關(guān)來開斷短路電流

優(yōu)點運行穩(wěn)定開斷故障電流能力強通態(tài)損耗小等

缺點由于自身結(jié)構(gòu)的制約斷開時產(chǎn)生的電弧易損壞觸頭故障電流切除時間較長難以滿足直流系統(tǒng)快速分斷故障電流的要求

2. 固態(tài)高壓直流斷路器

固態(tài)高壓直流斷路器的基本框圖如下圖所示包含一個主開關(guān)一個輔助開關(guān)和一組無源組件主開關(guān)承載正常操作期間的電流當故障發(fā)生時輔助開關(guān)和無源組件斷開電路并耗散故障能量

優(yōu)點開斷時間短體積較小且無電弧產(chǎn)生

缺點容易過壓過流通態(tài)損耗高等

固態(tài)高壓直流斷路器開斷短路電流的方式可以分為兩種（1） 電壓換向（2） 電流換向

2.1 電流換向

在電流換向方式中將一個附加電路與電力電子開關(guān)電路并聯(lián)以承載正常電流在正常情況下沒有電流流過該并聯(lián)路徑在故障狀態(tài)下該并聯(lián)電路向主開關(guān)所在的主路徑注入電流以這樣的方式限制流通在主路徑中的故障電流且隨后將主開關(guān)關(guān)斷

2.2 電壓換向

在電壓換向方式中施加一反向電壓以關(guān)斷主開關(guān)（主開關(guān)在正常情況下導通并提供正常電流的路徑）并限制故障電流在主回路中流通
3. 混合式高壓直流斷路器

混合式直流斷路器的基本框圖如下圖所示其機械開關(guān)和固態(tài)開關(guān)并聯(lián)在正常情況下機械開關(guān)承載主回路電流固態(tài)開關(guān)支路沒有電流流過混合式直流斷路器的接通和斷開過程由功率半導體器件完成當機械開關(guān)打開以提供電流隔離時在下一個電流過零點關(guān)斷功率半導體器件電路能量被能量吸收裝置吸收以抑制故障

優(yōu)點通態(tài)損耗小開斷時間短無需專用冷卻設(shè)備等

混合式高壓直流斷路器開斷短路電流的方式可以分為三種

（1） 電流注入（2） 阻抗注入（3） 電壓注入

3.1 阻抗注入

在正常情況下主開關(guān)保持導通以使電流從電源到負載流通當檢測到故障后提供一跳閘指令信號給機械開關(guān)機械開關(guān)的觸點開始分離以分斷故障電流由于機械開關(guān)的觸點分離對于故障電流產(chǎn)生一個高阻抗路徑一般故障電流較大在機械開關(guān)的觸點之間會拉弧當檢測到觸點之間的電弧電壓后待其達到預定的閾值限制時給半導體開關(guān)裝置發(fā)送導通指令當半導體開關(guān)器件導通故障電流被換向到該半導體開關(guān)器件所產(chǎn)生的低阻抗路徑當機械開關(guān)觸點之間的距離達到其完全分斷所需在故障電流的下一個過零點將半導體開關(guān)器件關(guān)斷對于直流線路需要額外的無源組件以強制制造電流過零點然后殘留在電路中的能量通過能量吸收裝置吸收如變阻器故障被最終清除

3.2 電流注入

當發(fā)生故障時根據(jù)當前電流的方向半導體開關(guān)器件中的T1或T2導通電容器Cc1和Cc2被預充電到一個足夠的電壓一旦T1或T2導通一個電流脈沖注入到主電流路徑中這迫使故障電流迅速降至零其時間取決于依故障電流的大小和反向注入電流的大小當電流為零時機械開關(guān)的觸點斷開故障被清除電路中的剩余能量將由并聯(lián)連接的能量吸收設(shè)備吸收如變阻器

3.3 電壓注入

發(fā)生故障時打開機械開關(guān)觸點同時根據(jù)當前電流的方向半導體開關(guān)器件中的T1或T2導通這將導致電流由主回路向由T1（或T2）和CC構(gòu)建的并聯(lián)支路換向CC兩端的電壓開始緩慢增加因此機械開關(guān)觸點間產(chǎn)生的電弧可以被熄滅由于避免了氣隙擊穿的風險該電路可以安全地斷開該非線性電阻被設(shè)計為阻斷電壓大于電網(wǎng)電壓因此它會吸收存儲在電路中的剩余能量