CN101242136B

CN101242136B - 三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器

Info

Publication number: CN101242136B
Application number: CN2008100522646A
Authority: CN
Inventors: 楚子林; 徐道恒; 伍丰林; 许希; 刘国林; 赵相宾; 郭培建; 金雪峰; 王国建; 张向前
Original assignee: Tianjin Electric Transmission Design And Research Institute
Current assignee: Tianjin Design & Research Institute Of Electric Drive Co ltd; Electric Power Research Institute of State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Priority date: 2008-02-03
Filing date: 2008-02-03
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2028-02-03
Also published as: CN101242136A

Abstract

本发明公开一种三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，所述的桥臂直通保护器并联设置在由依次并联的整流器、直流滤波电容和逆变器构成的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器的直流回路中，所述的桥臂直通保护器包括有保护单元、与保护单元相连的桥臂直通保护控制单元，以及与桥臂直通保护控制单元相连的多个桥臂直通信号检测单元。本发明能够迅速旁路和减小直通桥臂的短路电流；旁路由直通回路电感产生的反向浪涌电流；消耗直流母线能量和加快浪涌电流衰减过程；在检测到桥臂直通后，能够触发旁路晶闸管以旁路泄放直流能量，并向系统发出报警信号，使系统联锁保护。在发生桥臂直通故障时能有效保护三电平IGCT电压源型中压变频器。

Description

三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器

技术领域

本发明属于大功率中压变频交流调速装置中的桥臂直通保护器，特别是涉及一种在发生桥臂直通故障时能有效保护三电平集成门极换向晶闸管电压源型中压变频器的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器。

背景技术

集成门极换向晶闸管(IGCT)是一种目前用于电力变换的先进的大功率半导体开关器件，具有导通电流大、通态管压降低、以及快速关断的特点，是目前制造大功率三电平中压变频器的主要功率开关器件。

图1所示为一个有源前端型三电平IGCT电压源型三相中压变频器。在由于IGCT器件失效、或反向并联的快恢复续流二极管反向击穿、或外部触发控制回路的硬件故障、或控制软件编写错误等情况下，某一相桥臂可能会出现直通短路(见图2)。桥臂直通短路可以有多种情况，图2中仅画出其中4种。

IGCT的致命缺点是一旦流过它的电流超过其关断电流，将不能关断。直通短路情况下流过直通桥臂IGCT的电流大大超过其关断电流，所以该桥臂IGCT不能关断。由于回路电感很小(5～20μH)，如果没有保护措施，直流电容通过直通桥臂放电的电流将迅速上升，并超过IGCT允许的浪涌电流，使桥臂IGCT损坏。

解决上述直通短路问题、保护IGCT，大致有两类方法：一类是断路的方法，即采用断路器件(如快速熔断器、更大电流的IGCT器件等)串联在直流母线上，直通短路时将IGCT的电流通路断开；另一类是旁路分流的方法，即采用半导体开关器件与IGCT回路并联，并设计使旁路分流回路的阻抗小于IGCT桥臂阻抗，在IGCT桥臂直通短路时，开通旁路分流，迅速泄放直流回路的能量，使IGCT桥臂直通短路时的最大浪涌电流小于允许值，达到保护IGCT的目的。

目前现有的快速熔断器，一般其熔断时间在几ms到10ms，而上述直通故障电流的上升率一般在数百A/μs，其有效保护动作必须在十几μs至几十μs内启动，因此现有快速熔断器的响应时间过慢，不能满足需要；同时快速熔断器要做到中压、大电流，在制造工艺上也相当困难，散热以及损耗成为非常棘手的问题，处理不好将使其爆炸；即便有了这种快速熔断器，在熔断时断口处产生的较大过电压也可能导致IGCT直接损坏，使这种断路保护的方法基本不适宜采用。

断路的另一种方法是采用更大电流的IGCT器件串联在直流母线上，它基本克服了上述快速熔断器断路方法的缺点，至于断路过电压，可通过并联在保护用IGCT上的电阻缓冲。但这种方法有局限性，它适合于变频器所用IGCT元件电流较小(输出功率较小)情况，如果变频器所用IGCT已经是最大电流规格的，则不适合采用这个方法。此外，由于IGCT本身价格较高，采用这个方法的成本相对较高。

断路保护的另一个缺点是保护元件串联在直流回路中，正常工作时流过直流电流，增加了导通损耗，如果采用IGCT还需加散热器。

旁路分流的方法克服了上述断路保护的缺点，是目前大功率三电平IGCT电压源型中压变频器较为合适有效的直通短路保护方法。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种在发生桥臂直通故障时能有效保护三电平集成门极换向晶闸管电压源型中压变频器的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，所述的桥臂直通保护器并联设置在由依次并联的整流器、直流滤波电容和逆变器构成的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器的直流回路中，所述的桥臂直通保护器包括有保护单元、与保护单元相连的桥臂直通保护控制单元、以及与桥臂直通保护控制单元相连的多个桥臂直通信号检测单元，保护单元包括有构成三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通的正向浪涌电流旁路回路，和构成三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通的反向浪涌电流旁路回路，所述的正向浪涌电流旁路回路是由分别正向并联在直流母线上的晶闸管V1、晶闸管V2构成，所述的晶闸管V1、晶闸管V2的触发端与桥臂直通保护控制单元相连接，所述的反向浪涌电流旁路回路是由分别反向并联在直流母线上的二极管D1、二极管D2构成。

所述的正向浪涌电流旁路回路和反向浪涌电流旁路回路中还串联高能无感电阻。

所述的桥臂直通保护器并联在三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器直流回路中的直流滤波电容的两端。

所述的多个桥臂直通信号检测单元分别连接在三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器的每个桥臂电流上升率限制电抗器的两端。

所述的每一个桥臂直通信号检测单元包括有分别连接在桥臂电流上升率限制电抗器两端的限流电阻R101、限流电阻R102，分别与限流电阻R101、限流电阻R102的另一端相连的反向保护二极管D101以及与反向保护二极管D101两端相连的光纤发送器N101，光纤发送器N101通过光纤与桥臂直通保护控制单元相连。

所述的桥臂直通保护控制单元包括：直通信号接收环节、直通信号滤波延时、记忆、复位和放大输出电路、及两个相同的晶闸管触发控制环节，其中所述的直通信号接收环节通过光纤接收桥臂直通信号检测单元所发出的信号，经直通信号滤波延时、记忆、复位和放大输出电路，向晶闸管触发控制环节发送信号，同时也向系统发出直通报警信号；所述的晶闸管触发控制环节接收直通信号，即滤波延时、记忆、复位和放大输出电路的信号，并根据所接收的信号控制触发晶闸管V1、晶闸管V2。

所述的直通信号接收环节包括与多个桥臂直通信号检测单元中的光纤发送器N101对应连接的多个光纤接收环节，所述的多个光纤接收环节为相同的结构，每个光纤接收环节是由光纤接收器N201和分别与其相连的电阻R201、二极管D201构成，各光纤接收环节的二极管D201阳极相互连接后通过4个二输入或非门N211与驱动芯片N212相连，驱动芯片N212分别驱动发送器向晶闸管触发控制环节发送保护控制信号，以及向系统发出直通报警信号；所述的晶闸管触发控制环节包括有触发脉冲隔离电源电路、由光纤发送器N221和光纤接收器N222构成的触发脉冲隔离环节，光纤接收器N222和触发脉冲隔离电源电路还分别与触发脉冲形成电路相连，触发脉冲形成电路与触发脉冲放大电路相连，所述的触发脉冲放大电路的输出端对应连接正向并联在直流母线上的晶闸管V1和晶闸管V2的门极和阴极。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，能够迅速旁路和减小直通桥臂的短路电流；旁路由直通回路电感产生的反向浪涌电流；消耗直流母线能量和加快浪涌电流衰减过程；在检测到桥臂直通后，能够触发旁路晶闸管以旁路泄放直流能量，并向系统发出报警信号，使系统联锁保护。本发明采用相对廉价的普通晶闸管、二极管、无感电阻等构成三电平IGCT电压源型中压变频器桥臂直通保护器，造价低、可靠，在发生桥臂直通故障时能有效保护三电平IGCT电压源型中压变频器。

附图说明

图1是有源前端型三电平IGCT电压源型三相中压变频器的电路原理图；

图2是三电平IGCT电压源型中压变频器桥臂直通的三种情况的示意图；

其中：图2a为由于V11(或V13)控制失效、V11(或V13)控制错误导致的桥臂直通的情况；图2b为由于V12(或V14)控制失效、或V12(或V14)控制错误导致的桥臂直通的情况；图2c为由于桥臂中任意2只IGCT控制失效、或桥臂中任意2只IGCT控制错误导致的桥臂直通的情况；图2d为由于中点钳位二极管D15反向击穿，导致的桥臂直通的情况；

图3是带有桥臂直通保护器的三电平IGCT电压源型中压变频器电路原理图；

图4是桥臂直通信号检测单元的电路原理图；

图5是桥臂直通保护控制单元的电路原理图。

图中的标号分别是：

1-整流器；2-直流滤波电容；3-逆变器；4-桥臂直通保护器；5-保护单元；6-桥臂直通保护控制单元；7-桥臂直通信号检测单元。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明本发明的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器如下：

三电平变频器每个桥臂的正向和负向桥臂上均串联有电流上升率限制电抗器(如图2中的L11、L12)，由于负载电动机的电感远大于桥臂电流上升率限制电抗器，正常工作时电流上升率主要受负载电感限制，桥臂电流上升率限制电抗器上产生的压降很小；当直通故障时，由于电容电压不能突变，使直通初始时的直流电压突加到桥臂电流上升率限制电抗器上。因此通过检测桥臂电流上升率限制电抗器上的电压(见图3、图4)，可判断直通故障。

如图3所示，本发明基于旁路分流的原理，在三电平IGCT电压源型变频器直流母线上并联保护用的分流晶闸管V1、V2和二极管D1、D2，并在保护回路中分别串联高能无感电阻R1～R4，以及桥臂直通短路信号检测保护环节等，构成桥臂直通保护器。本发明的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器的具体构成是：所述的桥臂直通保护器4并联设置在由依次并联的整流器1、直流滤波电容2和逆变器3构成的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器的直流回路中，所述的桥臂直通保护器4包括有保护单元5、与保护单元5相连的桥臂直通保护控制单元6，以及与桥臂直通保护控制单元6相连的多个桥臂直通信号检测单元7。

所述的桥臂直通保护器4并联在三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器直流回路中的直流滤波电容2的两端。

所述的多个桥臂直通信号检测单元7分别连接在三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器的每个桥臂电流上升率限制电抗器的两端。

所述的保护单元5包括有构成三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通的正向浪涌电流旁路回路，和构成三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通的反向浪涌电流旁路回路。

所述的正向浪涌电流旁路回路是由正向并联在直流母线上的晶闸管V1、V2构成，所述的晶闸管V1、V2的触发端与桥臂直通保护控制单元6相连接。

所述的反向浪涌电流旁路回路是由反向并联在直流母线上的二极管D1、D2构成。在直流母线上反向并联二极管D1、D2，旁路分流反向浪涌电流；在D1、D2回路中串联高能无感电阻R3、R4，用于消耗直流母线上的能量和加快能量衰减泄放过程。

所述的正向浪涌电流旁路回路和反向浪涌电流旁路回路中还串联的高能无感电阻。晶闸管V1、V2分别串联高能无感电阻R1、R2，并联在直流母线上，用于旁路正向故障浪涌电流；高能无感R1、R2用于消耗直流母线上的能量，加快直流母线能量衰减泄放过程；

如图4所示，所述的每一个桥臂直通信号检测单元7包括有连接有分别连接在桥臂电流上升率限制电抗器两端的限流电阻R101、R102，分别与限流电阻R101、R102的另一端相连的反向保护二极管D101以及与反向保护二极管D101两端相连的光纤发送器N101，光纤发送器N101通过光纤与桥臂直通保护控制单元6相连。

图4中L为桥臂di/dt限制电感，R101和R102为限流电阻，阻值根据报警动作电流确定，如果直流电压为3kV，当直通故障时，桥臂di/dt限制电感瞬时电压达到3kV，经R101和R102输入光纤发送器N101(型号HFBR-1521)的电流达到40mA左右为动作电流，使图5中光纤接收器输出电平信号翻转，选择限流电阻R101和R102为39kΩ。这里通过光纤连接的光纤发送器和光纤接收器构成桥臂直通检测信号的隔离。D101(型号1N4002)为反向保护二极管。

如图5所示，其中所述的直通信号接收环节通过光纤接收桥臂直通信号检测单元7所发出的信号，然后向晶闸管触发控制单元A13、A14发送信号，同时也向系统发出直通报警信号；所述的晶闸管触发控制环节A13、A14接收直通信号，并根据所接收的信号控制触发晶闸管V1、V2。

所述的桥臂直通保护控制单元6包括：直通信号接收环节A1～A12、直通信号滤波延时、记忆、复位和放大输出电路N211、N212、及两个相同的晶闸管触发控制环节A13、A14，其中所述的直通信号接收环节A1～A12通过光纤接收桥臂直通信号检测单元7所发出的信号，经直通信号滤波延时、记忆、复位和放大输出电路，向晶闸管触发控制单元A13、A14发送触发控制信号，同时也向系统发出直通报警信号；所述的晶闸管触发控制环节A13、A14接收直通控制信号，即滤波延时、记忆、复位和放大输出电路的信号，并根据所接收的信号控制触发晶闸管V1、V2。

所述的与多个桥臂直通信号检测单元7中的光纤发送器N101对应连接的多个光纤接收环节A1～A12为相同的结构，每个光纤接收环节是由光纤接收器N201和分别与其相连的电阻R201、二极管D201构成，各光纤接收环节A1～A12的二极管D201阳极相互连接后通过4-二或非门N211与驱动芯片N212相连，驱动芯片N212分别驱动发送器向晶闸管触发控制环节A13、A14发送保护控制信号，以及向系统发出直通报警信号；所述的晶闸管触发控制环节A13/A14包括有触发脉冲隔离电源电路、由光纤发送器N221和光纤接收器N222构成的触发脉冲隔离环节，光纤接收器N222和触发脉冲隔离电源电路还分别与触发脉冲形成电路相连，触发脉冲形成电路与触发脉冲放大电路相连，所述的触发脉冲放大电路的输出端对应连接正向并联在直流母线上的晶闸管V1/V2的门极和阴极。

图5中A1～A12为直通信号接收环节，N201为光纤接收器(型号HFBR-2521)，D201为二极管(型号1N4148)。将A1～A12中D201的阳极相连，构成12路直通信号相“与”的逻辑。当任意一路桥臂发生直通故障时，相应A1～A12中某一路D201阴极为“0”电平，使得该路D201导通，并使12路D201的(阳极)公共连接端变为“0”电平。

或非门N211(型号CD4001)是4-二输入或非门。桥臂发生直通故障时，N211.1输入端(1#，2#)变为“0”电平，N211.1反相输出“1”电平。R211和C211构成滤波延时环节，使N211.3输入端(8#)电平变化延时，达到对桥臂直通信号的滤波作用，该滤波时间应控制在15～25us。在桥臂直通信号宽度超过延时宽度后，N211.3输出由“1”电平翻转为“0”电平，随即N211.2输出由“0”电平翻转为“1”电平，经达林顿驱动电路N212(型号MC1413)输出直通保护控制信号到A13、A14。N211.2输出信号返回至N211.3输入端(9#)，使在桥臂直通信号形成后记忆该信号，直至在单元“Reset”输入端输入复位信号后解除记忆。N211.4用于桥臂直通信号记忆复位，当复位端悬空(即断开)时，是正常运行(即非复位)状态，相当于复位端输入为“1”态，N211.4输出为“0”态；当复位端连接0V、或得到一个“0”电平脉冲时，N211.4输出为“1”态，强制N211.2输出为“0”态，如果此时N211.3输入端(8#)处于“0”态，则N211.3输出为“1”，恢复正常工作状态。N213为光纤发送器，通过光纤与控制系统连接，用于向系统发出桥臂直通报警信号，使系统联锁。这部分电路构成桥臂直通信号的滤波延时、记忆、复位、放大输出电路。

图5中A13、A14为保护晶闸管的触发控制环节。

T221为单相变压器(变比220V/28V)，将交流220V电压变压为交流28V电压，经D221～D224(型号1N5401)组成的二极管单相整流桥和滤波电容C221整流输出直流24V。N224为三端稳压器(型号7815)，输出直流稳压15V。这部分电路构成触发隔离电源电路。

N221为光纤发送器(型号HFBR-1521)，N222(型号HFBR-2521)为光纤接收器，接收触发脉冲信号。N221与N222构成触发脉冲隔离电路。

N223为NE555定时器电路，用于使单触发脉冲变成脉冲列，电阻R222和电容C225用于确定脉冲列频率。电容C227用于产生具有微分作用的脉冲前沿。这部分以N223为核心构成触发脉冲形成电路。

R225为触发脉冲限流电阻，根据晶闸管触发电流调整。V221(型号BU406)为触发脉冲输出放大三极管。这部分构成触发脉冲放大电路。

输出端G1、K1分别连接到桥臂直通保护器晶闸管V1的门极和阴极，G2、K2分别连接到桥臂直通保护器晶闸管V2的门极和阴极。

桥臂直通信号检测单元7、桥臂直通保护控制单元6将采集的每路桥臂电流上升率限制电抗器的桥臂电压信号，将6路(或12路，对于有源前端型三电平IGCT变频器)信号“与”运算(“1”态为正常，“0”态为直通)，当其中任意一路被判断为直通故障时，经延时滤波后，发出保护联锁信号。

以三电平I6CT电压源型变频器中的逆变器为例，当三电平IGCT电压源型逆变器某桥臂发生直通故障时，流过直通桥臂的电流主要来自三路，一路来自直流滤波电容放电、一路来自整流器、一路来自负载侧。由于整流器侧和负载侧的等效串联电感较大(一般mH级)，其流向直通桥臂的电流上升率较低，而直流滤波电容回路电感很小(一般几百nH级)，故其流向直通桥臂的电流上升率很高，是造成直通桥臂IGCT浪涌电流损坏的主要电流来源。因此解决直通问题主要要将直流滤波电容中的电能尽快旁路泄放掉。通过联锁分断主回路高压开关，可切断来自整流器的电流，虽然响应时间较长(数十ms)，但因电源回路电抗相对大，其电流一般在IGCT可承受的范围。

当三电平IGCT电压源型变频器某桥臂发生直通故障时，本发明桥臂直通短路信号检测环节经滤波延时发出保护信号，触发开通晶闸管V1、V2，并同时通过控制系统联锁触发开通三电平变频器所有IGCT，使直流滤波电容中的电能分成多路加速泄放，有效减小直通桥臂的电流。在V1、V2回路中串联高能无感电阻R1、R2，用于消耗直流母线上的能量。

由于线路中电感与直流滤波电容构成振荡回路，在直通故障中会产生反向电压，并经IGCT变频器的中点钳位二极管和续流二极管形成反向浪涌电流，对中点钳位二极管和续流二极管构成威胁。为此，本发明在直流母线上反向并联二极管D1、D2，分流反向浪涌电流。在D1、D2回路中串联高能无感电阻R3、R4，用于消耗直流母线上的能量。

R1～R4的另一个作用是并加快放电电流的衰减过程。

本发明适用于所有使用IGCT元件组成的三电平电压源型变频器的桥臂直通保护：①适用于采用二极管整流器和IGCT三电平逆变器构成的变频器；②适用于采用晶闸管整流器和IGCT三电平逆变器构成的变频器；③适用于采用二极管、晶闸管混合整流器和IGCT三电平逆变器构成的变频器；④适用于采用IGCT整流器和IGCT三电平逆变器构成的变频器。对于有源前端型三电平IGCT电压源型变频器，其整流器与逆变器都是三电平变流器的型式，背靠背连接(见图1)。对这种变频器，本发明适用于其整流器和逆变器中任一桥臂的直通故障保护。

由于旁路晶闸管在变频系统正常工作时不流通电流(仅有极微小的漏电流)，所以没有损耗发生。

Claims

1.一种三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，所述的桥臂直通保护器(4)并联设置在由依次并联的整流器(1)、直流滤波电容(2)和逆变器(3)构成的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器的直流回路中，所述的桥臂直通保护器(4)包括有保护单元(5)、与保护单元(5)相连的桥臂直通保护控制单元(6)、以及与桥臂直通保护控制单元(6)相连的多个桥臂直通信号检测单元(7)，其特征是：所述的保护单元(5)包括有构成三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通的正向浪涌电流旁路回路，和构成三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通的反向浪涌电流旁路回路，所述的E向浪涌电流旁路回路是由分别正向并联在直流母线上的晶闸管V1、晶闸管V2构成，所述的晶闸管V1、晶闸管V2的触发端与桥臂直通保护控制单元(6)相连接，所述的反向浪涌电流旁路回路是由分别反向并联在直流母线上的二极管D1、二极管D2构成。

2.根据权利要求1所述的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，其特征是：所述的正向浪涌电流旁路回路和反向浪涌电流旁路回路中还串联高能无感电阻。

3.根据权利要求1所述的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，其特征是：所述的桥臂直通保护器(4)并联在三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器直流回路中的直流滤波电容(2)的两端。

4.根据权利要求1所述的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，其特征是：所述的多个桥臂直通信号检测单元(7)分别连接在三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器的每个桥臂电流上升率限制电抗器的两端。

5.根据权利要求1所述的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，其特征是：所述的每一个桥臂直通信号检测单元(7)包括有分别连接在桥臂电流上升率限制电抗器两端的限流电阻R101、限流电阻R102，分别与限流电阻R101、限流电阻R102的另一端相连的反向保护二极管D101以及与反向保护二极管D101两端相连的光纤发送器N101，光纤发送器N101通过光纤与桥臂直通保护控制单元(6)相连。

6.根据权利要求1所述的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，其特征是：所述的桥臂直通保护控制单元(6)包括：直通信号接收环节(A1～A12)、直通信号滤波延时、记忆、复位和放大输出电路(N211、N212)、及两个相同的晶闸管触发控制环节(A13、A14)，其中所述的直通信号接收环节通过光纤接收桥臂直通信号检测单元(7)所发出的信号，经直通信号滤波延时、记忆、复位和放大输出电路，向晶闸管触发控制环节(A13、A14)发送信号，同时也向系统发出直通报警信号；所述的晶闸管触发控制环节(A13、A14)接收直通信号，即滤波延时、记忆、复位和放大输出电路的信号，并根据所接收的信号控制触发晶闸管V1、晶闸管V2。

7.根据权利要求6所述的三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器，其特征是：所述的直通信号接收环节(A1～A12)包括与多个桥臂直通信号检测单元(7)中的光纤发送器N101对应连接的多个光纤接收环节(A1～A12)，所述的多个光纤接收环节(A1～A12)为相同的结构，每个光纤接收环节是由光纤接收器N201和分别与其相连的电阻R201、二极管D201构成，各光纤接收环节(A1～A12)的二极管D201阳极相互连接后通过4个二输入或非门N211与驱动芯片N212相连，驱动芯片N212分别驱动发送器向晶闸管触发控制环节(A13、A14)发送保护控制信号，以及向系统发出直通报警信号；所述的晶闸管触发控制环节(A13/A14)包括有触发脉冲隔离电源电路、由光纤发送器N221和光纤接收器N222构成的触发脉冲隔离环节，光纤接收器N222和触发脉冲隔离电源电路还分别与触发脉冲形成电路相连，触发脉冲形成电路与触发脉冲放大电路相连，所述的触发脉冲放大电路的输出端对应连接正向并联在直流母线上的晶闸管V1和晶闸管V2的门极和阴极。