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摘要：随着电压源型高压变流器和高压柔性直流输配电技术的快速发展，国内外对直流输配电网的研究日益深入，直流断路器作为关键技术之一成为国内外的研发热点。本文针对直流短路器装置在1988年到2017年度的专利申请进行了检索，筛选出该领域的重要专利，并进行趋势分析。
关键词：直流断路器；电力系统；专利分析
1 引言
直流断路器[1]结合了电力电子器件，是用于开断直流回路的断路器，实现直流开断的时刻是电流过零点，一般可分为机械式直流断路器[2]、全固态式直流断路器[3]以及混合式直流断路器。
为进一步了解直流断路器的发展现状，结合实际审查工作经验，通过相关关键词的限定，如“直流断路器”、“direct current breaker”，在DWPI、SIPOABS、CNABS数据库中进行检索，筛选该领域重要专利进行分析。
2重要专利
JPS54132776（日立）公开了一种应用预充电方法的直流断路器，包括电容器与阀并联，由此电容器和杂散电感形成谐振电路，电容器由充电装置预先充电，并在释放开关之前与开关并联连接，在电容器中充电的电荷通过振荡电路中的杂散电感放电，能够实现电流过零关断。
CN1049749A（日立）公开了一种直流高速真空断路器，包括断开直流电的真空阀，包括电容器和开关装置的串联件，该串联件与真空阀并联连接，对电容器充电的装置，与真空阀并联连接，消耗存贮在流有直流电流的导线的杂散电感内的能量的元件。该直流断路器具有高断开速度、装置大小适当，能够装配到电气滚动台座上。
US5121281A（GEC阿尔斯托姆）公开了一种高压直流限流断路器，包括由超导绕组构成的第一装置，用于通过将绕组切换到正常的导电状态来限制故障电流到正常值，还包括与线圈串联的断路器作为第二装置，断路器的端子与压敏电阻连接并与一个包括电容和电感串联的电路连接，能够实现切断约100KV电压下几千安培的电流。
CN103997322A（西安交通大学）公开了一种全固态直流断路器及其控制方法，包括剩余电流切断开关、由串联连接的承压开关和换流开关组成的换流支路、与换流支路并联的断流支路以及与换流支路并联的能量吸收支路，所述剩余电流切断开关与并联的换流支路、断流支路和能量吸收支路相串联连接于输电线路的主回路中。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆能够实现在全固态直流断路器切断直流电流后，剩余电流切断开关最终切断直流回路中的剩余电流，将故障与输电线路完全隔离开。
CN103824736A（西安交通大学）公开了一种具有磁吹灭弧装置的直流断路器，包括主开关、灭弧室和磁吹灭弧装置，磁吹灭弧装置包括励磁线圈，主开关包括静触头和动触头，磁吹灭弧装置位于主开关和灭弧室之间；静触头与动触头分离时产生电弧；在静触头与动触头分离时，电弧电压作用于励磁线圈两端，磁吹灭弧装置会产生驱动电弧至灭弧室的磁场。能够在开断小电流时具有安全性，并可实现较大的可靠性以及较长的寿命。
JP5104718B2（三菱）公开了一种直流电路断路器，包括开关触点，用于使直流电路接通/断开；跳闸装置，用于使开关触点断开；第1、2电流传感器，用于检测直流电路的电流；控制装置，与该第1、2电流传感器的检测电流随动而使跳闸装置动作；第1、2交流变流器，其设置在直流电路中，用于检测直流电路的电流变化；第1电源电路，用于在由直流电路的短路事故导致产生过大电流时，基于第1、2交流变流器的输出向控制装置供给电力。能够实现在直流电路中产生短路电流时，可以可靠地向驱动跳闸装置的控制装置供给电源，可靠地进行断路动作。
CN103457257A（国家电网）公开了一种多端直流系统用直流断路器，包括避雷器、直流负荷开关支路、主开关支路和辅助开关电路；避雷器、直流负荷开关支路和主开关支路依次并联；主开关支路由两组结构相同的断流单元串联构成，每组断流单元包括串联的隔离开关和隔离阀段；在每组断流单元两端并联设结构相同的辅助开关电路。辅助开关电路包括晶闸管一电抗串联支路、二极管、电容和电阻；二极管并联在断流单元两端，晶闸管-电抗串联支路和电容对地并联接于二极管两端，并通过电阻接地。能够实现通过注入反向电流的方法使直流电流过零来将其分断，对负荷电流则使用断路器的直流负荷开关来对其分断。
3趋势预测
近年来，直流电网对高压直流断路器提出了高电压、大电流、高速开断以及高可靠性、经济性等新要求。由上述分析可知，根据近几年新申请的许多机械式和混合式直流断路器专利，直流断路器的发展趋势为逐步向机械式和混合式结构发展，以及对各部件性能优化。目前还需要深入的技术研究热点有：机械式预充电人工过零型直流断路器的详细拓扑结构，在直流开断环境中交流机械开关灭弧单元在人工电流零点下的极限电流开断能力和弧后介质恢复能力研究，以预充电振荡回路为主的各部件参数的优化设计，快速机械开关操动机构研制，缩减整体断路器的元件数，减小断路器体积，降低成本，提高应用可行性等。
参考文献：
[1]张弛.高压直流断路器及其关键技术[D].浙江大学，2014.
[2]何俊佳，袁召，赵文婷，方帅，喻新林，潘垣.直流断路器技术发展综述[J].南方电网技术，2015，9（02）：9-15.
[3]胡竞竞，徐习东，裘鹏，陆翌，黄晓明.直流配电系统保护技术研究综述[J].电网技术，2014，38（04）：844-851.
论文作者:王天昊1,王磊2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：断路器论文; 电流论文; 支路论文; 装置论文; 电路论文; 电容器论文; 直流电论文; 《电力设备》2018年第34期论文;