专利名称：一种自冷式晶闸管阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及晶闸管阀领域，具体地说是涉及一种超高压故障电流限制器用自冷式晶闸 管阔。
背景技术：
随着电力系统的发展，新的电源不断接入电力系统或者电力系统子网相互联接，这样 就增加了系统的短路容量，导致某些故障点的故障电流超出了该处开关的遮断容量，但更 换或更新开关一般非常昂贵并且十分耗时，因此人们利用当前的各种技术和措施进行故障 电流的限制。
超高压故障电流限制器(Fault Current Limiter，縮写为FCL)用自冷式晶闸管阀是谐 振型、快速开关型、混合型等故障电流限制器中十分关键的设备，主要起到一个快速开关 的作用。谐振型故障电流限制器原理如图l所示，主要由电抗器L、电容器C及快速旁路 开关K (可采用如晶闸管阀、火花间隙、快速机械开关等类型的开关或其组合)组成，电 抗器L的工频感抗与电容器C的容抗大小相同，正常工作条件下，开关K处于打开状态 (晶闸管处于阻断状态)，电容C和电感L处于工频串联谐振状态，总的阻抗几乎为零， 当检测到故障后，开关K迅速闭合(晶闸管快速导通)，电容被旁路，相当于在线路中接 入电感L从而起到限流作用q
现有柔性交流输电装置和直流输电装置用晶闸管阀设计是考虑到在正常情况下，晶闸 管阀长时间运行，因此必须配备一套较为昂贵和复杂的冷却系统设备，这样就降低了整个 设备的可靠性；在异常情况下，晶闸管阀也不需要长时间承受故障电流，因此必须有可靠 的保护措施对晶闸管阀进行保护。本发明专利所介绍的晶闸管阀考虑到故障电流限制器的 长时间承受故障电流的运行工况要求，同时又采用自冷式散热设计，提高了晶闸管阀及整 个设备的运行可靠性。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、体积小、 整体可靠性高的自冷式晶闸管阀。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案 一种自冷式晶闸管阀，采用由框架组成的卧式结构，框架通过中间横梁分隔成上、下两层，框架底部采用绝缘子支撑，其中 所述框架的两两竖板间分别连接有横板，横板上挂接有电阻，电阻通过两根导线分别与高 电位板和电容连接；所述框架内上层设有由晶体管和散热器间隔串联组成的晶闸管串，晶 体管串的两端通过压装机构压紧，晶闸管串穿过各取能电流互感器，在晶闸管的两侧对应 的设有与其数量相等的高电位板，高电位板的一侧与框架连接，所述电流互感器与高电位
板相连接；所述框架内下层设有与框架底板相连接的电容和电阻；框架内顶部设有光纤槽。 较优地，框架外侧设有光纤盒。 所述晶闸管以采用6英寸晶闸管为佳。
所述电容以采用阻尼电容为佳，所述电阻以采用静态均压电阻为佳。 所述框架以采用10mm厚的环氧板为佳。
所述压紧机构包括蝶簧、法兰盘I、导向杆和加力顶压机构，所述蝶簧、法兰盘I及连 接在法兰盘I上的导向杆设置在晶闸管阔串的一端，在晶闸管阔串的另一端设置有加力顶 压机构，所述加力顶压机构包括一顶压块和顶压杆，顶压杆外套接一导向套，在导向套端 部连接一法兰盘II，在法兰盘的端部通过加力螺栓连接一加力盘，所述顶压杆与顶压块触 接的一端及加力盘与顶压杆触接的一端均为球形头，所述法兰盘I与法兰盘II均与固定板 相连接。
所述加力螺栓为六根，均匀分布在加力盘以盘中心为圆心的圆周上，所述导向套与法 兰盘II通过止口定位且保持同心。
所述电阻采用阻尼电阻，包括四根无感电阻和外壳，四根无感电阻的上部均套接有上 部安装箍、下部均套接有下部安装箍，每两个无感电阻的上、下部安装箍间均通过螺钉连 接以实现两个无感电阻的并联，在上部的两个螺钉处分别压接一与外壳连接的导线，在下 部的两个螺钉处分别压接一导线，这两根导线通过无感电阻下端的出线口穿出后分别与高 电位板和电容相连，所述无感电阻外套接有外壳。
所述散热器采用热管式散热器，包括散热器基体，在散热器基体中设有槽道，槽道与 热管相耦合，槽道的两端设有贯穿于散热器基体的通 L，所述散热器基体的两侧设有吊环， 基体通过吊环将散热器与固定板连接。
本发明的有益效果在于
1、 本发明晶闸管阀采用6英寸晶闸管元件，它具有低热阻抗和高浪涌电流耐受能力 的特点，代表当前晶闸管元件先进制造水平；
2、 本发明晶闸管阀采用的压装机构结构合理、安装方便，预紧时用力小，保证了操作的可靠及可行性。同时压装机构采用两个球面连接，保证了压紧过程中及压紧后阀串受 力均衡、可靠，保证了晶闸管串压紧后及运行中的稳定性，更保证了晶闸管、散热器之间 的电、热、机械接触及整个阀结构的稳定可靠性；
3、 本发明晶闸管阀采用的内嵌热管型散热器，采用内嵌热管式结构，减小了散热器 的体积，具有低热阻抗的特点，满足吸收晶闸管阀在短时内产生能量的要求；
4、 本发明晶闸管阀采用的阻尼电阻，结构设计合理，降低大耗散功率阻尼电阻的表 面温度，排除了发热元件对周围其他器件的影响，提高晶闸管阀的整体可靠性。
5、 本发明晶闸管阀可满足强电磁场环境条件下的电磁兼容要求，并且采用电压为主、 电流为辅的取能方式，保证连续触发条件的能量需求。
图1为故障电流限制器的工作原理图2为本发明的主视图3为本发明的后视图4为本发明的右视图5为本发明的左视图6为本发明的俯视图7为本发明电压电流混合取能的原理图，
图8为阻尼电阻的结构示意图，图8a为阻尼电阻的内部结构示意图，图8b为阻尼电 阻的主视图9为散热器的结构示意图，图9a为散热器的主视图，图9b图9a的纵向剖视图10为压装机构的机构示意图，
图ll为TE板与CT线圈的连接示意图12为阻尼电阻与阻尼电容和TE板的连接示意图，其中
l-框架，2-横梁，3-横板，4-电阻，5-压装机构，6-晶闸管串，7-取能电流互感器(简 称取能CT)， 8-高电位板(简称TE板)，9-电容，10-电阻，11-光纤槽，12-光纤盒，13-绝缘子，14-电流互感器的线圈(简称CT线圈)，15-电流互感器的铁芯(铁芯)；
41-无感电阻，42-上部安装箍，43-下部安装箍，44-螺钉，45-螺钉，46-外壳，47-导线， 47a-活动端，48-导线，48a-活动端，49-出线口， 410-螺母，411-螺栓，412-导线引出孔， 413-散热孔，414-安装架，415-安装螺栓，416-垫片；
51—蝶簧，52-法兰盘1， 53-导向杆；54-顶压块，55-顶压杆，55a-球形头，56-导向套，
657-法兰盘11， 58-加力螺栓，59-加力盘;59a-球形头;5關定板;511-止口, 512-螺钉;
61-晶闸管，62-散热器，63-散热器基体，64-槽道，65-热管，66-通孔，67-吊环，68-吊钩；
具体实施例方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行详细说明。
如图2-6所示， 一种自冷式晶闸管阀采用由框架1组成的卧式结构，框架通过中间横 梁2被分隔成上、下两层，框架底部安装有四个用于支撑框架的绝缘子13。首尾框架l采 用角铝焊接而成，更保证了结构强度刚度，又减轻了框架的重量。
在框架1内部上层装有两个晶闸管串6，均安装在横梁2上，晶体管串的两端均通过 压装机构5压紧，每个晶体管串中有11个晶体管和12个散热器间隔串联组成，两个晶体 管串同时穿过六个取能CT的铁芯15，六个取能CT 7均匀分布在两个晶闸管串外周且不 与晶闸管串接触，且在晶闸管串的两侧对应的设有两排TE板8，每排TE板的数量与晶闸 管的数量相同，TE板的一侧与框架1连接，各取能CT的铁芯15上分别缠绕着两个CT 线圈14，如图11所示，除端部两个(每端各一个CT线圈)的进出线分别连接到一个TE板 的相应端子外，其余CT线圈进出线均连接到两边各一个TE板的相应端子，为TE板触发 晶闸管提供能量；
框架1内部下层装有与晶闸管数量相同的阻尼电容9和静态均压电阻10。框架1的两 两竖板间分别连接有横板3，阻尼电阻4通过安装螺栓铆接在横板3上，如图6所示，两 个横板上总共装有与晶闸管数量相同的阻尼电阻4，左侧横板3上装有5个，右侧横板3 上装有6个。阻尼电阻4与阻尼电容配合使用，所以在框架内部底板左侧装有5个阻尼电 容，右侧装有6个阻尼电容，如图12所示，阻尼电阻从出线口引出的两条导线分别与阻 尼电容和TE板相应端子连接，每个静态均压电阻IO通过两根导线分别连接相对应的晶闸 管阳极和TE板相应端子。
安装在框架内上端的光纤槽11用于CT板的光纤布线，既便于对电路安装检修，又防 止其他器件对光纤的影响，提高了系统的可靠性。为了便于对光纤的整理，在框架外下部 安装有用于收纳光纤光纤盒12。
如图8a所示，阻尼电阻4采用四个200W、阻值50Q的无感电阻41，四个无感电阻 的上、下部均套接有上部安装箍42和下部安装箍43，其中两个无感电阻的上部安装箍42 间通过螺钉44固紧且下部安装箍也通过螺钉45固紧，另外两个无感电阻也按照此方法连 接，即实现了四个无感电阻的两两并联。在两个上部安装箍42的连接处即螺钉44处压接一根导线47，在另外一螺钉44处也压接一根导线47，将两根导线47的活动端47a —并穿 过螺母410，该螺母与外壳46顶部的螺栓411连接即通过导线47实现了两两并联后的无 感电阻与外壳串联导通，使得外壳与无感电阻的中点电位相同，从而降低电阻与外壳间绝 缘强度的要求。在并联的两个无感电阻的下部安装箍43的连接处即螺钉45处压接一根导 线48，将导线48的活动端48a穿过其中一个无感电阻上所设置的导线引出孔413，并从该 无感电阻的出线口 49引出，同样地将压接在另一螺钉45处的导线48的活动端48a也依次 穿过一无感电阻上所设置的导线引出孔412及出线口 49，从两个无感电阻的出线口 49引 出的两根导线48分别连接高电位板8和阻尼电容9。如图8b所示，为了减小电阻本身发 热对触发回路的影响，在无感电阻外套设有一外壳46，外壳采用不锈钢、铜等导电性能佳 的金属材料制成。外壳表面设有散热孔413。外壳的一侧装有安装架414，通过安装螺栓 415将阻尼电阻的安装架414与框架1铆接。另外为了增加相邻阻尼电阻之间的爬电距离， 在安装架与安装螺栓间设置垫片416，垫片同样采用不锈钢、铜等导电性能佳的金属材料 制成。
如图9a和9b所示，所述散热器为内嵌热管型散热器，散热器基体63为铝制基体， 基体采用上、下两个方形一体成型的结构，上面的方形略小于下面的方形。热管65为三 个直条状热管，散热器基体中设有三个槽道64，三个热管分别与三个槽道相耦合，三个槽 道64的两端分别设有贯穿于铝制散热器基体63的通孔4即在散热器基体1的上端对准槽 道3的位置设置三个通孔、在其下端对准槽道64的位置也设有三个通孔66，这样便于热 管将吸收的热管及时导出。在使用时，散热器通过两侧的吊环67悬挂于晶体管串两侧的 固定板510上使用，为了与晶体管连接更紧密，可以在散热器基体外的下部安装四个用于 挂接晶体管的吊钩68。
如图10所示，所述压装机构5包括蝶簧51、法兰盘I 52、导向杆53和加力顶压机构， 蝶簧51、法兰盘I 52及连接在法兰盘I上的导向杆53设置在晶闸管串的一端，在晶闸管 串的另一端设置有加力顶压机构，所述加力顶压机构包括一顶压块54和顶压杆55，顶压 杆外套接一导向套56，在所述导向套端部通过螺钉512连接一法兰盘II 57，在法兰盘II 57 的端部通过六根加力螺栓58连接一加力盘59，六根加力螺栓58均匀分布在加力盘59以 盘中心为圆心的圆周上；顶压杆55与顶压块54触接的一端为球形头55a，加力盘59与顶 压杆55触接的一端也为球形头59a，所述法兰盘I 52与法兰盘II 57均通过螺栓连接固定 板510，导向套56与法兰盘II 57通过止口 511定位且保持同心。
如图7所示，本发明的晶体管阀在使用时采用电压电流混合取能的方式即在阀阻断
8状态下，若阀端电压达到一定值，TE板的工作电源通过阻尼支路获取；在阀导通状态下，
流过阀的电流达到一定值时，晶体管串通过取能CT将电源传给TE板，即TE板获得工作
电源，完成取能。
最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参 照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以 对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改 或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1、一种自冷式晶闸管阀，采用由框架(1)组成的卧式结构，框架通过中间横梁(2)分隔成上、下两层，框架底部采用绝缘子(13)支撑，其特征在于所述框架(1)的两两竖板间分别连接有横板(3)，横板上挂接有电阻(4)，电阻(4)通过两根导线分别与高电位板(8)和电容(9)连接；所述框架内上层设有由晶体管(61)和散热器(62)间隔串联组成的晶闸管串(6)，晶体管串的两端通过压装机构(5)压紧，晶闸管串穿过各取能电流互感器(7)，在晶闸管的两侧对应的设有与其数量相等的高电位板(8)，高电位板的一侧与框架(1)连接，所述电流互感器(7)与高电位板(8)相连接；所述框架内下层设有与框架底板相连接的电容(9)和电阻(10)；框架内顶部设有光纤槽(11)。
2、 如权利要求l所述的自冷式晶闸管阀，其特征在于所述框架(1)外侧设有光纤盒(12)。
3、 如权利要求1或2所述的自冷式晶闸管阀，其特征在于所述晶闸管(61)采用6 英寸晶闸管。
4、 如权利要求l或2所述的自冷式晶闸管阀，其特征在于所述电容(9)采用阻尼 电容，所述电阻(10)采用静态均压电阻。
5、 如权利要求1或2所述的自冷式晶闸管阀，其特征在于所述框架(1)采用10mm 厚的环氧板。
6、 如权利要求1或2所述的自冷式晶闸管阀，其特征在于所述压紧机构(5)包括 蝶簧(51)、法兰盘I (52)、导向杆(53)和加力顶压机构，所述蝶簧(51)、法兰盘I (52) 及连接在法兰盘I上的导向杆(53)设置在晶闸管阀串的一端，在晶闸管阀串的另一端设 置有加力顶压机构，所述加力顶压机构包括一顶压块(54)和顶压杆(55)，顶压杆外套 接一导向套(56)，在导向套端部连接一法兰盘I1(57)，在法兰盘的端部通过加力螺栓(58) 连接一加力盘(59)，所述顶压杆(55)与顶压块(54)触接的一端及加力盘(59)与顶 压杆(55)触接的一端均为球形头，所述法兰盘I (52)与法兰盘II (57)均与固定板(510) 相连接。
7、 如权利要求6所述的自冷式晶闸管阀，其特征在于所述加力螺栓(58)为六根， 均匀分布在加力盘(59)以盘中心为圆心的圆周上，所述导向套(56)与法兰盘II (57)通过止口 (511)定位且保持同心。
8、 如权利要求1或2所述的自冷式晶闸管阀，其特征在于所述电阻(4)采用阻尼 电阻。
9、 如权利要求8所述的自冷式晶闸管阀，其特征在于所述阻尼电阻包括四根无感电阻(41)和外壳(46)，四根无感电阻的上部均套接有上部安装箍(42)、下部均套接有 下部安装箍(43)，每两个无感电阻的上、下部安装箍(42、 43)间均通过螺钉(44、 45) 连接以实现两个无感电阻的并联，在上部的两个螺钉处分别压接一与外壳(46)连接的导 线(47)，在下部的两个螺钉处分别压接一导线(48)，这两根导线通过无感电阻下端的出 线口 (49)穿出后分别与高电位板(8)和电容(9)相连，所述无感电阻外套接有外壳(46)。
10、 如权利要求1或2所述的自冷式晶闸管阀，其特征在于所述散热器(62)采用 热管式散热器。
11、 如权利要求10所述的自冷式晶闸管阀，其特征在于所述热管式散热器包括散热 器基体(63)，在散热器基体中设有槽道(64)，槽道与热管(65)相耦合，槽道的两端设 有贯穿于散热器基体的通孔(66)，所述散热器基体(63)的两侧设有吊环(67)，基体通 过吊环(67)将散热器(62)与固定板(510)连接。
全文摘要
本发明涉及一种超高压故障电流限制器用自冷式晶闸管阀，该阀体采用由框架组成的卧式结构，框架通过中间横梁分隔成上、下两层，框架底部采用绝缘子支撑，其中所述框架的两两竖板间分别连接有横板，横板上挂接有电阻，电阻通过两根导线分别与高电位板和电容连接；所述框架内上层设有由晶体管和散热器间隔串联组成的晶闸管串，晶体管串的两端通过压装机构压紧，晶闸管串穿过各取能电流互感器，在晶闸管的两侧对应的设有与其数量相等的高电位板，高电位板的一侧与框架连接，所述电流互感器与高电位板相连接；所述框架内下层设有与框架底板相连接的电容和电阻。该晶体管阀结构紧凑、体积小、保证连续触发条件的能量需求、整体可靠性高。
文档编号H01L25/00GK101452927SQ20081024746
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者于海玉, 静 张, 李志麒, 栾洪州, 汤广福, 王华昕, 王华锋, 蓝元良 申请人:中国电力科学研究院