一种用于可控避雷器的开关装置的制作方法

1.本实用新型涉及电力系统电气设备领域，具体涉及一种用于可控避雷器的开关装置。


背景技术：

2.混合级联特高压直流输电受端换流站采用高端lcc(line commutated converter)串联低端vsc(voltage source converter)。当受端交流电网发生故障时，一方面，受端lcc将会发生换相失败并投入旁通导致直流母线对低端vsc换流阀充电；另一方面，受端交流电网不再接受有功功率，导致直流线路功率盈余。以上两方面原因将导致vsc换流器出现过电压工况。可控避雷器可以用于解决上述问题。当系统正常工作时，可控避雷器全部连接于直流母线；当上述问题发生时，可控避雷器可控部分被开关旁路，从而限制直流电压，泄放盈余功率。
3.用于可控避雷器的开关方案中，采用晶闸管阀的电子开关方案具有触发稳定、导通速度快的优点。传统晶闸管阀采用分布式饱和电抗器串联用于抑制高变化率的电压和电流，但这种拓扑将会导致晶闸管阀与机械开关换流时饱和电抗器电流续流时间过长的问题；由于晶闸管无自关断能力，续流时间过长将导致其无法在规定的时间内关断，影响可控避雷器的性能。


技术实现要素：

4.基于现有技术的上述缺陷，本实用新型要解决的技术问题是，克服现有晶闸管开关装置电流续流时间过长的缺陷，提供了一种带集中式饱和电抗器的新型开关装置。
5.为达到上述目的，本实用新型提供了一种用于可控避雷器的开关装置，所述开关装置包括晶闸管阀、机械开关、以及饱和电抗器；所述机械开关的正极与所述晶闸管阀的阳极连接，所述机械开关的负极与所述晶闸管阀的阴极连接，从而形成并联回路；所述晶闸管阀的阳极侧为所述并联回路高压端，所述晶闸管阀的阴极侧为所述并联回路低压端；所述饱和电抗器的低压端与所述并联回路的高压端连接，所述饱和电抗器的高压端与直流母线连接；所述并联回路的低压端接地。
6.进一步的，所述饱和电抗器的低压端同时连接所述机械开关的正极和所述晶闸管阀的阳极。
7.进一步的，所述晶闸管阀包括：多个串联连接的晶闸管器件和与每个晶闸管器件对应的单元控制模块，所述每个单元控制模块并联于每个所述晶闸管器件的阴极和门极，所述单元控制模块用于检测与自身并联的晶闸管器件两端电压，将所述晶闸管器件的两端电压与预设阈值进行比较，当所述晶闸管器件的两端电压大于所述预设阈值时，触发与自身并联的所述晶闸管器件导通。
8.进一步的，所述开关装置用于可控避雷器时，与所述可控避雷器的可控部分并联连接。
9.进一步的，当直流母线电压升高时，所述开关装置动作旁路可控避雷器的可控部分，可控避雷器固定部分与所述开关装置形成串联支路限制直流过电压，并提供泄能回路。
10.进一步的，所述机械开关为多断口真空开关。
11.进一步的，所述晶闸管阀和机械开关的控制信号是通过光纤传输的光信号。
12.综上所述，本实用新型提供了一种用于可控避雷器的开关装置，采用了晶闸管阀和机械开关并联的电路结构，其中，晶闸管阀导通时间快，可控性高；机械开关用于转移晶闸管阀中的过电流从而保证晶闸管阀免受大电流应力；另一方面，晶闸管阀和机械开关回路杂散电感小，从而极大提高了晶闸管阀与机械开关的换流速度，确保晶闸管支路电流尽早进入阻断状态。
附图说明
13.图1是本实用新型用于可控避雷器的开关装置拓扑；
14.图2是本实用新型开关装置中晶闸管阀的结构示意图
15.图3是图1所示开关装置用于可控避雷器的电路拓扑；
16.图4是现有技术中晶闸管开关装置电路拓扑；
17.图5是现有技术中晶闸管开关装置换流过程的电流波形图；
18.图6是根据本实用新型的开关装置换流过程的电流波形图；
具体实施方式
19.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
20.本实用新型提供了一种用于可控避雷器的开关装置，该开关装置的原理拓扑图如图1所示，所述开关装置包括晶闸管阀1、机械开关2、以及饱和电抗器3；所述机械开关2的正极与所述晶闸管阀1的阳极连接，所述机械开关2的负极与所述晶闸管阀1的阴极连接，从而形成并联回路；所述晶闸管阀1的阳极侧为所述并联回路高压端，所述晶闸管阀1的阴极侧为所述并联回路低压端；所述饱和电抗器3的低压端与所述并联回路的高压端连接，所述饱和电抗器3的高压端与直流母线连接；所述并联回路的低压端接地。其中，所述饱和电抗器3的低压端同时连接所述机械开关2的正极和所述晶闸管阀1的阳极，即连接所述晶闸管阀1和机械开关2构成的并联回路。其中，所述机械开关2为多断口真空开关，所述晶闸管阀1和机械开关2的控制信号是通过光纤传输的光信号。
21.根据某些实施例，所述开关装置中晶闸管阀1的电路结构如图2所示，多个串联连接的晶闸管器件和与每个晶闸管器件对应的单元控制模块，所述每个单元控制模块并联于每个所述晶闸管器件的阴极和门极，所述单元控制模块用于检测与自身并联的晶闸管器件两端电压，将所述晶闸管器件的两端电压与预设阈值进行比较，当所述晶闸管器件的两端电压大于所述预设阈值时，触发与自身并联的所述晶闸管器件导通。
22.图3示出了当本实用新型提供的开关装置用于可控避雷器时的电路拓扑。如图3所示，所述开关装置a用于可控避雷器时，与所述可控避雷器的可控部分5并联连接，所述可控
避雷器的可控部分5与固定部分4串联连接。当直流母线电压升高时，所述开关装置a动作，旁路可控避雷器的可控部分5，此时，可控避雷器固定部分4与所述开关装置a形成串联支路，限制直流过电压，且提供泄能回路。首先晶闸管阀1导通，饱和电抗器3和晶闸管阀1流过泄放电流；同时机械开关2合闸，由于机械开关2的速度慢于晶闸管阀1，经过一定时间δt后机械开关2合闸到位，机械开关2和晶闸管阀1开始换流；晶闸管阀1的支路电流过零后进入阻断状态，系统故障结束后，泄放电流过零，机械开关2分闸。
23.将本实用新型提供的开关装置与现有技术中传统的晶闸管开关装置进行对比。如图4所示，传统晶闸管阀开关装置中，晶闸管阀11和饱和电抗器13串联后与机械开关12并联。晶闸管阀11支路与机械开关12支路换流时，由于饱和电抗器13的电流不能突变，导致换流速度慢、换流时间长。换流时间取决于换流电路的时间常数l/r，其中l为换流回路总电感，r为换流回路总电阻。而本实用新型提供的开关装置在实施换流时，首先晶闸管阀1导通，饱和电抗器3和晶闸管阀1流过泄放电流；同时机械开关2合闸，由于机械开关2的速度慢于晶闸管阀1，经过一定时间δt后机械开关2合闸到位，机械开关2和晶闸管阀1开始换流；晶闸管阀1支路电流过零后进入阻断状态，系统故障结束后，泄放电流过零，机械开关2分闸。由上文内容可知，开关装置的换流时间取决于换流电路的时间常数l/r，根据本实用新型提供的开关装置，换流回路的总电感l仅为回路的杂散电感，时间常数l/r相较于传统晶闸管阀开关装置非常小，从而提高了换流速度。传统晶闸管阀开关装置中晶闸管阀与机械开关的换流过程电流波形图如图5所示，本实用新型开关装置换流过程电流波形图如图6所示。从以上图5和图6可以看出，本实用新型的开关装置相较于现有技术中传统晶闸管阀开关装置，大大提高了换流速度，缩短了换流所需要的时间。
24.综上所述，本实用新型提供了一种用于可控避雷器的开关装置，采用了晶闸管阀和机械开关并联的电路结构，其中，晶闸管阀导通时间快，可控性高；机械开关用于转移晶闸管阀中的过电流从而保证晶闸管阀免受大电流应力；另一方面，晶闸管阀和机械开关回路杂散电感小，从而极大提高了晶闸管阀与机械开关的换流速度，确保晶闸管支路电流尽早进入阻断状态。相较于现有技术中传统晶闸管阀开关装置，大大提高了换流速度，缩短了换流所需要的时间。
25.应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。