一种带辅助关断电路的电容型隔直装置的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种带辅助关断电路的电容型隔直装置。

背景技术：

直流输电系统因调试或故障采用单极运行方式时会利用大地作为回路，造成地下长期有大的直流电流流过，因而在其直流接地极周围一定区域中会产生地表电流，使得距离直流接地极较近的交流变电站中的变压器中性点电位升高，若变压器中性点接地则会受到干扰，在变压器的励磁电流中产生直流分量使得铁芯磁饱和，从而产生谐波,引起振动和噪声、过热等问题，严重时可引起变压器的损坏；谐波还可能引起电容电抗器组的谐振损坏、引起保护误动等问题。这些影响最终将危及到电力系统的安全运行。

电容型隔直装置是在变压器中性点加装的可以检测到变压器中性线直流偏磁电流超过限值时，将电容器串入变压器中性点与地网之间的电气设备，利用电容“隔直(流)通交(流)”的特点，有效隔断流过变压器中性线的直流电流。电容隔直装置在检测到变压器中性线直流偏磁电流超过限值并达到时限时，会自动打开机械旁路开关，将电容器串入变压器中性点与地网之间，利用电容“隔直(流)通交(流)”的特点，有效隔断流过变压器中性线的直流电流。电容型隔直装置在电容器支路上并联了一个双向晶闸管支路作为电容器的旁路保护系统并为三相不对称故障时产生的零序电流提供通路。

传统电容型隔直装置的电气原理图如图3所示，该装置只考虑了直流输电系统单极大地运行方式时中性点直流危害及三相不对称故障中性点流过零序电流单独出现的情况。当零序电流与中性点直流电流同时出现时，这种电容型隔直装置的逻辑控制功能考虑不足。在现有的硬件和逻辑判断上，若一台装有电容型隔直装置的变压器中性点先出现三相不对称故障零序电流，此时保护电容器的反并联晶闸管导通，直流输电系统同时转为单极大地运行方式，变压器中性点出现直流电流，则反并联晶闸管会一直有电流流过处于导通状态，隔直开关动作失效，导致电容器投入失败的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种带辅助关断电路的电容型隔直装置，解决了传统电容隔直装置的反并晶闸管在三相不对称故障与直流输电单极大地运行同时发生时会出现关断失败，从而导致了电容器投入失败的技术问题。

本实用新型提供了一种带辅助关断电路的电容型隔直装置，包括：

辅助关断电路和电容型隔直装置；

所述辅助关断电路包括第一充能电容器、第二充能电容器、第一辅助关断晶闸管和第二辅助关断晶闸管；

所述电容型隔直装置内包括第一反并联晶闸管和第二反并联晶闸管；

所述第一辅助关断晶闸管的阳极与所述第一充能电容器的第一端连接；

所述第一辅助关断晶闸管的阴极与所述第一反并联晶闸管的阴极连接；

所述第一充能电容器的第二端与所述第一反并联晶闸管的阳极连接；

所述第二辅助关断晶闸管的阳极与所述第二充能电容器的第一端连接；

所述第二辅助关断晶闸管的阴极与所述第二反并联晶闸管的阴极连接；

所述第二充能电容器的第二端与所述第二反并联晶闸管的阳极连接。

可选地，所述辅助关断电路还包括第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的正极与所述第一辅助关断晶闸管的阴极连接；

所述第一二极管的负极与所述第一辅助关断晶闸管的阳极连接；

所述第二二极管的正极与所述第二辅助关断晶闸管的阴极连接；

所述第二二极管的负极与所述第二辅助关断晶闸管的阳极连接。

可选地，所述辅助关断电路还包括第一电感和第二电感；

所述第一电感串联于所述第一辅助关断晶闸管的阳极与所述第一充能电容器的第一端之间；

所述第二电感串联于所述第二辅助关断晶闸管的阳极与所述第二充能电容器的第一端之间。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

本实用新型通过在原有的反并联晶闸管的两端加装辅助关断晶闸管和充能电容器，使得当三相不对称故障零序电流和中性点直流同时出现时，由于中性点直流持续时间较长，反并联晶闸管中持续流过的中性点直流将导致反并联晶闸管关断失败，此时触发信号将使得与反并联晶闸管并联的辅助关断晶闸管导通，由充能电容器产生的电流将反向作用于回路中，使得反并联晶闸管的电流小于其维持电流，从而实现反并联晶闸管的成功关断，解决了传统电容隔直装置的反并晶闸管在三相不对称故障与直流输电单极大地运行同时发生时会出现关断失败，从而导致了电容器投入失败的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型提供的带辅助关断电路的电容型隔直装置的电气接线图；

图2为本实用新型提供的辅助关断电路与反并联晶闸管的电气接线图；

图3为传统的电容型隔直装置的电气接线图；

图4为传统的电容型隔直装置的简化电气图；

图5为传统的电容型隔直装置的SCR波形图；

图6为本实用新型提供的带辅助关断电路的电容型隔直装置的SCR波形图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种带辅助关断电路的电容型隔直装置，解决了传统电容隔直装置的反并晶闸管在三相不对称故障与直流输电单极大地运行同时发生时会出现关断失败，从而导致了电容器投入失败的技术问题。

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1和图2，本实用新型提供了一种带辅助关断电路的电容型隔直装置，包括：

辅助关断电路和电容型隔直装置；

辅助关断电路包括第一充能电容器C1、第二充能电容器C2、第一辅助关断晶闸管SCR3和第二辅助关断晶闸管SCR4；

电容型隔直装置内包括第一反并联晶闸管SCR1和第二反并联晶闸管SCR2；

第一辅助关断晶闸管SCR3的阳极与第一充能电容器C1的第一端连接；

第一辅助关断晶闸管SCR3的阴极与第一反并联晶闸管SCR1的阴极连接；

第一充能电容器C1的第二端与第一反并联晶闸管SCR1的阳极连接；

第二辅助关断晶闸管SCR4的阳极与第二充能电容器C2的第一端连接；

第二辅助关断晶闸管SCR4的阴极与第二反并联晶闸管SCR2的阴极连接；

第二充能电容器C2的第二端与第二反并联晶闸管SCR2的阳极连接；

需要说明的是，实际工作逻辑以正组为例，当三相不对称故障零序电流I1和中性点直流I2同时出现时，因中性点直流持续时间较长，第二反并联晶闸管SCR2中持续流过的I2将导致其关断失败。此时触发信号使第二辅助关断晶闸管SCR4导通，由第一充能电容器C1产生的I3将反向作用于正组回路，使第二反并联晶闸管SCR2的电流小于其维持电流，使第二反并联晶闸管SCR2成功关断，反组同理。原第二反并联晶闸管SCR2在三相不对称故障与中性点直流同时出现情况的电流波形图如图5所示。

假设在t0时刻，第二反并联晶闸管SCR2中流过三相不对称故障产生的零序电流I1,并触发导通。在t1时刻第二反并联晶闸管SCR2关断前，直流输电系统单极大地运行产生的中性点直流I2流入第二反并联晶闸管SCR2将导致流过第二反并联晶闸管SCR2的电流I在t1时刻后恒大于零。第二反并联晶闸管SCR2在导通情况下，当主回路电流没有减小到接近于零得情况，则第二反并联晶闸管SCR2关断失败。

辅助关断式改造后的第二反并联晶闸管SCR2在事件同时发生情况下电流波形图如图6所示。

假设在t0时，第二反并联晶闸管SCR2中流过三相不对称故障产生的零序电流I1,并触发其导通。在t1时刻直流输电系统单极大地运行产生的中性点直流流入时，辅助关断回路中第二充能电容器C2产生的反向电流I3与直流输电单极大地运行时产生的中性点直流I2作用形成的I4在t2时刻小于第二反并联晶闸管SCR2的维持电流，从而使第二反并联晶闸管SCR2成功关断，装置成功投入隔直电容。

本实用新型通过在原有的反并联晶闸管的两端加装辅助关断晶闸管和充能电容器，使得当三相不对称故障零序电流和中性点直流同时出现时，由于中性点直流持续时间较长，反并联晶闸管中持续流过的中性点直流将导致反并联晶闸管关断失败，此时触发信号将使得与反并联晶闸管并联的辅助关断晶闸管导通，由充能电容器产生的电流将反向作用于回路中，使得反并联晶闸管的电流小于其维持电流，从而实现反并联晶闸管的成功关断，解决了传统电容隔直装置的反并晶闸管在三相不对称故障与直流输电单极大地运行同时发生时会出现关断失败，从而导致了电容器投入失败的技术问题。

进一步地，辅助关断电路还包括第一二极管D1和第二二极管D2；

第一二极管D1的正极与第一辅助关断晶闸管SCR3的阴极连接；

第一二极管D1的负极与第一辅助关断晶闸管SCR3的阳极连接；

第二二极管D2的正极与第二辅助关断晶闸管SCR4的阴极连接；

第二二极管D2的负极与第二辅助关断晶闸管SCR4的阳极连接。

进一步地，辅助关断电路还包括第一电感L1和第二电感L2；

第一电感L1串联于第一辅助关断晶闸管SCR3的阳极与第一充能电容器C1的第一端之间；

第二电感L2串联于第二辅助关断晶闸管SCR4的阳极与第二充能电容器C2的第一端之间。

本实用新型提供的一种带辅助关断电路的电容型隔直装置的控制模式如下所示：

对于变压器中性点接地运行的变压器，电容型隔直装置旁路开关正常运行方式下处于合闸状态；通过电流、电压传感器监测变压器中性线的交流电流和直流分量、电容器上的直流电压，按照预设策略控制电容隔直装置旁路开关的分、合闸。

(1)正常情况：由于交流系统的接地故障和直流系统单极运行或不对称运行，均为非正常运行工况，发生概率低，持续时间短，为接地变压器及隔直电容器运行的安全起见，电容型隔直装置的运行与控制控制策略是：晶闸管旁路在关断状态(不导通)，机械旁路开关闭合，变压器中性点直接接地，隔直电容器被旁路短接；装置为旁路运行状态，变压器中性点为直接接地运行状态。

(2)隔直装置投入：当检测到中性点直流电流超过设定限值且时间达到时限，电容型隔直装置的投入。

若此时检测到的中性点零序交流电流小于设定限值时，控制旁路开关打开，将电容器接入变压器及地网之间，装置工作在隔直状态；

若检测到中性点零序电流大于设定限值时，认为交流系统有不对称短路故障，保持旁路开关处于合闸位置；

若检测到中性点零序电流大于设定值且中性点直流同时超过设定值时，则辅助关断系统触发，使SCR关断，旁路开关打开，隔直电容投入，装置工作在隔直状态。

(3)隔直装置退出。

电容型隔直装置在隔直状态时，如果检测到电容器直流电压恢复到设定限值以下且达到延时时间，控制旁路开关合闸，退出隔直状态；否则，保持隔直状态；

当电容器两端直流电压仍大于设定限值，若检测到中性点零序电流超过设定限值或电容器电压达到预设定值时，认为交流系统有不对称短路故障，装置迅速触发导通晶闸管旁路并触发闭合机械旁路开关，退出隔直状态。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。