CN101483340A - 一种故障电流限制器晶闸管电子板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种故障电流限制器晶闸管电子板。本发明的晶闸管电子板TE主要具有如下功能特点：1)抗电磁干扰能力强；2)晶闸管电子板TE功耗低；3)采用特殊的晶闸管触发与在线监测方式。通过这些功能特点的有机结合，可以很好的实现对故障电流限制器晶闸管阀触发与在线监测，并具有工作可靠、稳定性高、抗干扰能力强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种故障电流限制器晶闸管电子板。
背景技术
随着电力电子器件的发展和光电技术的成熟，晶闸管阀触发与在线监测系统也经历了巨大的发展。初期的晶闸管阀触发与监测几乎采用电磁方式。即地电位设备将触发信号通过脉冲变压器直接施加到晶闸管门极，进行触发晶闸管。地电位设备和高电位设备之间的电气隔离设备是脉冲变压器。
由于这种方式采用脉冲变压器来实现高、低电位隔离和信号传递，它具有下面一些不可避免的缺点：(1)脉冲变压器回路中的漏感将使触发脉冲上升沿陡度大大下降，特别是当电压等级较高时，为了保证脉冲变压器具有足够的绝缘能力，原、副边的漏抗将大大增大，进一步造成触发脉冲前沿陡度下降，这对高压阀中晶闸管串的同时触发是极为不利的。(2)脉冲变压器原、副边的分布电容形成了高频干扰通道，阀换相或雷电冲击时，容易引起误触发，因而其抗干扰能力差。(3)在电压等级很高时，电磁触发方式很难准确地将监测信号传递到低电位，因而难以实现晶闸管的在线监测。
正是由于电磁触发系统不可克服的缺点促使了一种新的晶闸管触发与在线监测方法——光电触发与监测方法的诞生，地电位侧采用阀基电子设备VBE发送触发和监测脉冲编码，高电位侧采用晶闸管电子板TE进行编码和解码，通过高压光缆传输阀基电子设备VBE和晶闸管电子板TE的触发和监测编码信号，实现对晶闸管阀的触发和在线监测。它具有电磁触发系统不可比拟的优点：(1)系统使用光纤实现高、低电位隔离和信号传输，容易实现高压晶闸管的在线监测；(2)系统具有理想的电磁抗干扰性能，利于高压阀和系统的安全运行；(3)光电器件的频率响应较高，能获得分散性小、前沿陡的光信号，进而产生分散性小、前沿陡的门极触发脉冲，有利于串联晶闸管的同时触发。
发明内容
本发明提出了一种故障电流限制器晶闸管电子板。故障电流限制器(Fault CurrentLimiter，缩写为FCL)原理如技术附图1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、火花间隙、快速机械开关等类型的开关或其组合)组成。本故障电流限制器快速旁路开关K采用晶闸管，晶闸管电子板TE实现晶闸管触发与在线监测，是故障电流限制器核心部件之一。
故障电流限制器晶闸管阀触发与在线监测处于控制系统的最底层。晶闸管电子板TE安装在阀体上，属于晶闸管级的一部分。下面，简单介绍故障电流限制器晶闸管阀触发与在线监测系统的原理和构成。附图2给出了故障电流限制器晶闸管阀触发与在线监测原理框图。如图所示，故障电流限制器晶闸管阀触发与在线监测系统一般由晶闸管电子板TE、阀基电子设备VBE、光电信号转换及光信号传输系统等构成。
晶闸管电子板TE主要功能为：
接收阀基电子设备VBE发送的光触发和监测脉冲编码，经过晶闸管电子板TE光电转换后进行解码，晶闸管电子板TE根据阀基电子设备VBE命令触发晶闸管以及将晶闸管状态、晶闸管电子板TE自身电源状态、晶闸管保护动作信号进行编码，经过电光转换后发送给阀基电子设备VBE。
晶闸管阀处于高电位，电压等级为500kV，其所处电磁环境比较恶劣，一方面主电路的大电流、高场强会对晶闸管电子板TE造成较大的电磁干扰，另一方面，晶闸管阀快速开关过程也会产生大量的强电磁干扰，因此必须解决晶闸管电子板TE的抗干扰设计问题；
晶闸管电子板TE工作时需要一定的电能，晶闸管电子板TE处于500kV的高电位，电磁送能十分困难，采用晶闸管端电压取能和电流取能获得晶闸管电子板TE能量。故障电流限制器要求线路电流很小时，晶闸管电子板TE所取得的能量能够满足触发晶闸管需要，晶闸管阀在触发阶段，两端电压几乎为零，此时无法用电压取能，采用晶闸管流过的短路电流取能。降低功耗能够使晶闸管电子板TE取能更好地满足上述要求。
本发明的技术方案是提供一种故障电流限制器晶闸管电子板，包括取能回路、电源转换回路、晶闸管正向电压和晶闸管电子板TE电源监测回路、触发回路、正向过电压保护电路、逻辑电路路、回报信号回路和光电转换回路等，其特征在于故障电流限制器快速旁路开关K采用晶闸管，晶闸管电子板TE实现晶闸管触发与在线监测，故障电流限制器晶闸管阀触发与在线监测处于控制系统的最底层，晶闸管电子板TE安装在阀体上，属于晶闸管级的一部分，晶闸管电子板TE接收阀基电子设备VBE发送的光触发和监测脉冲编码，经过晶闸管电子板TE光电转换后进行解码，晶闸管电子板TE根据阀基电子设备VBE命令触发晶闸管以及将晶闸管状态、晶闸管电子板TE自身电源状态、晶闸管保护动作信号进行编码，经过电光转换后发送给阀基电子设备VBE。
其中，为了保证故障电流限制器的长时间可靠工作，在等待工作状态时，晶闸管电子板TE实时监测晶闸管状态和晶闸管电子板TE自身电源状态，通过阀端电压监测和晶闸管电子板TE+60V电源监测电路来实现，每个周波20ms，阀基电子设备VBE通过高压光缆向晶闸管电子板TE发送监测脉冲，经过光接收和光电转换电路后，转换成电信号，由逻辑电路进行解码，向阀基电子设备VBE回报晶闸管状态和晶闸管电子板TE自身电源状态，当故障电流限制器晶闸管需要触发时，晶闸管电子板TE通过高压光缆接收从阀基电子设备VBE传送来的光触发信号，经过光接收和光电转换电路后，转换成电触发信号，由逻辑电路进行解码，晶闸管电子板TE接收到触发信号后，自动保持重触发晶闸管。
其中，当晶闸管两端的正向电压大于设定值，保护触发晶闸管，同时产生正向过电压保护动作信号，并通过高压光缆把该信号送到阀基电子设备VBE。
其中，晶闸管电子板TE在高电位从晶闸管端电压和晶闸管触发导通后的短路电流取能，晶闸管阳极经过动态均压电阻电容引入晶闸管电子板TE，实现晶闸管端电压取能，电流互感器从流过晶闸管的短路电流获取能量后引入晶闸管电子板TE，向晶闸管电子板TE补充能量。
其中，通过使用触发放大电路提供合适的晶闸管触发能量，保证晶闸管可靠触发。
本申请介绍的晶闸管电子板TE主要具有如下功能特点：1)抗电磁干扰能力强；2)晶闸管电子板TE功耗低；3)采用特殊的晶闸管触发与在线监测方式。通过这些功能特点的有机结合，可以很好的实现对故障电流限制器晶闸管阀触发与在线监测，并具有工作可靠、稳定性高、抗干扰能力强的优点。
本发明的有益效果是：
(1)晶闸管电子板TE抗电磁干扰能力强；
(2)低功耗设计；
(3)高电位晶闸管电子板TE通过高压光缆与处于地电位阀基电子设备VBE进行通信，很好地隔离了高低电位；
(4)通过电压取能和短路电流取能相互结合方式，晶闸管电子板TE工作能量供应可靠。
(5)提供合理的晶闸管触发能量，使串联的晶闸管可靠同时触发。
附图说明
图1为依据本发明的故障电流限制器原理简图；
图2为依据本发明的故障电流限制器晶闸管阀触发与在线监测原理框图；
图3是依据本发明的故障电流限制器晶闸管电子板TE原理框图；
图4是依据本发明的晶闸管门极触发电压和电流波形图。
具体实施方式
晶闸管电子板TE原理如技术附图3。技术方案如下：
(1)晶闸管触发与在线监测
故障电流限制器只有在输电线路短路故障时才投入运行，所以故障电流限制器长时间处于等待工作状态，为了保证故障电流限制器可靠工作，在等待工作状态时，晶闸管电子板TE实时监测晶闸管状态和晶闸管电子板TE自身电源状态，由附图3中阀端电压监测和晶闸管电子板TE+60V电源监测电路实现。每个周波20ms阀基电子设备VBE通过高压光缆向晶闸管电子板TE发送监测脉冲，经过光接收和光电转换电路后，转换成电信号，由逻辑电路进行解码，向阀基电子设备VBE回报晶闸管状态和晶闸管电子板TE自身电源状态。
故障电流限制器晶闸管需要触发时，晶闸管电子板TE通过高压光缆接收从阀基电子设备VBE传送来的光触发信号，经过光接收和光电转换电路后，转换成电触发信号，由逻辑电路进行解码，晶闸管电子板TE接收到触发信号后，在251ms内自动保持重触发晶闸管。
(2)晶闸管正向过电压保护
过高的电压很容易损坏晶闸管，晶闸管电子板TE设计了正向过电压保护，由附图3中正向过电压保护实现，当晶闸管两端的正向电压大于设定值，保护触发晶闸管，同时产生正向过电压保护动作信号，并通过高压光缆把该信号送到阀基电子设备VBE。
(3)晶闸管电子板TE取能
晶闸管电子板TE在高电位从晶闸管端电压和晶闸管触发导通后的短路电流取能，晶闸管阳极经过动态均压电阻电容引入晶闸管电子板TE，实现晶闸管端电压取能，电流互感器从流过晶闸管的短路电流获取能量后引入晶闸管电子板TE，向晶闸管电子板TE补充能量。取能电压等级分为+60V和+10V，+60V供晶闸管电子板TE触发放大电路，+10V供晶闸管电子板TE逻辑电路工作。
(4)触发放大电路
不同型号的晶闸管所需的触发能量不同，过高的触发能量会损坏晶闸管，过低的触发能量无法使晶闸管可靠触发导通，触发放大电路提供合适的晶闸管触发能量，保证晶闸管可靠触发。
故障电流限制器晶闸管阀由晶闸管串联组成，晶闸管导通的一致性非常重要，否则先导通的晶闸管将电压加到后导通的晶闸管上，使串联的晶闸管电压分布不均匀，可能导致晶闸管、阻尼电容和电阻损坏。
合理陡度的晶闸管门极触发电压和电流，能够使晶闸管快速开通，是保证晶闸管导通一致性非常有效的手段。触发放大电路整形晶闸管门极触发电压和电流，使串联的晶闸管可靠同时触发。晶闸管门极触发电压和电流波形如附图4。
以上是为了使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明进行的详细描述，但可以想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1、一种故障电流限制器晶闸管电子板，包括取能回路、电源转换回路、晶闸管正向电压和晶闸管电子板TE电源监测回路、触发回路、正向过电压保护电路、逻辑电路路、回报信号回路和光电转换回路等，其特征在于故障电流限制器快速旁路开关K采用晶闸管，晶闸管电子板TE实现晶闸管触发与在线监测，故障电流限制器晶闸管阀触发与在线监测处于控制系统的最底层，晶闸管电子板TE安装在阀体上，属于晶闸管级的一部分，晶闸管电子板TE接收阀基电子设备VBE发送的光触发和监测脉冲编码，经过晶闸管电子板TE光电转换后进行解码，晶闸管电子板TE根据阀基电子设备VBE命令触发晶闸管以及将晶闸管状态、晶闸管电子板TE自身电源状态、晶闸管保护动作信号进行编码，经过电光转换后发送给阀基电子设备VBE。
2、如权利要求1所述的故障电流限制器晶闸管电子板，其特征在于为了保证故障电流限制器的长时间可靠工作，在等待工作状态时，晶闸管电子板TE实时监测晶闸管状态和晶闸管电子板TE自身电源状态，通过阀端电压监测和晶闸管电子板TE+60V电源监测电路来实现，每个周波20ms，阀基电子设备VBE通过高压光缆向晶闸管电子板TE发送监测脉冲，经过光接收和光电转换电路后，转换成电信号，由逻辑电路进行解码，向阀基电子设备VBE回报晶闸管状态和晶闸管电子板TE自身电源状态，当故障电流限制器晶闸管需要触发时，晶闸管电子板TE通过高压光缆接收从阀基电子设备VBE传送来的光触发信号，经过光接收和光电转换电路后，转换成电触发信号，由逻辑电路进行解码，晶闸管电子板TE接收到触发信号后，自动保持重触发晶闸管。
3、如权利要求1所述的故障电流限制器晶闸管电子板，其特征在于当晶闸管两端的正向电压大于设定值，保护触发晶闸管，同时产生正向过电压保护动作信号，并通过高压光缆把该信号送到阀基电子设备VBE。
4、如权利要求1所述的故障电流限制器晶闸管电子板，其特征在于晶闸管电子板TE在高电位从晶闸管端电压和晶闸管触发导通后的短路电流取能，晶闸管阳极经过动态均压电阻电容引入晶闸管电子板TE，实现晶闸管端电压取能，电流互感器从流过晶闸管的短路电流获取能量后引入晶闸管电子板TE，向晶闸管电子板TE补充能量。
5、如权利要求1所述的故障电流限制器晶闸管电子板，其特征在于通过使用触发放大电路提供合适的晶闸管触发能量，保证晶闸管可靠触发。
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Effective date of registration: 20130129 Address after: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 China Electric Power Research Institute of the Ministry of science and technology Applicant after: China Electric Power Research Institute Applicant after: State Grid Corporation of China Address before: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 China Electric Power Research Institute of the Ministry of science and technology Applicant before: China Electric Power Research Institute |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20090715 |