CN102832607A - 一种快速旁路装置 - Google Patents

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赵研峰
姚吉隆
宋英华
吴学智
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Abstract

本发明涉及一种快速旁路装置，包括一对反并联的晶闸管、一避雷器和一备用保护开关，其中所述一对反并联的晶闸管与所述避雷器和所述备用保护开关相互并联。本发明的优点在于：1)不需要增设一对晶闸管及配套的电子驱动电路从而节省了成本；2)采用被动的形式来运行，不受电源正常工作与否的限制；3)由于备用保护开关可在故障发生后1毫秒内闭合，而在其闭合前通过避雷器的载荷有限，故能对主电容器实现更加迅速而可靠的保护，且较低的载荷允许选用更小的避雷器，因而节省了空间并进一步降低了成本。

Description

一种快速旁路装置
技术领域
本发明涉及一种快速旁路装置，特别是涉及一种用于直流隔离装置的快速旁路装置。
背景技术
当高压直流输电(HVDC)系统处于大地回线运行模式时，直流电流流经大地并导致变压器接地极附近的电位变化，进而会在两个邻近变压器的中性点之间产生直流电势差。由于交流系统的电阻值较小，故电势差还会借助变压器的中性点在交流系统中产生直流电流。如果直流电流过大，会导致变压器饱和并发生直流偏磁，从而使得变压器温度过高、谐波增加、噪声增大，严重时甚至会损坏变压器。
为了解决这一问题，人们在变压器的中性点与接地极之间接入了电容器。电容器可以在允许交流电流通过的同时阻隔直流电流。然而，鉴于电容器所能承受的电压是有限的，有必要并联地使用一种快速旁路装置来在电力系统故障或变压器电涌时将电容器短路以防止电压或电流超过电容器的极限值。
由于晶闸管具有良好的电流控制能力且反应迅速故被用于快速旁路装置，其中反并联的晶闸管由于能够允许双向的电流流动被广泛的采用。通常用一电子驱动电路向晶闸管的门极注入一定的电流来实现晶闸管的触发。鉴于安全性和可靠性对于电力系统中阻隔直流电流的装置而言十分重要，故须额外地安装一对晶闸管及配套的电子驱动电路作为备用保护装置。此时，两对晶闸管可在正常运行时共同承担旁路功能。如果其中一对出现故障，则另一对仍然可以单独实现旁路功能。这种方案存在以下缺点：1)备用保护装置需要增设一对晶闸管及配套的电子驱动电路从而极大地增加了成本；2)备用保护装置须采用主动的形式来运行，即只有在电源正常工作的情况下才能进行触发。一旦电源因严重故障而瘫痪，则触发将无法进行。另一种现有方案是同时采用机械开关(例如，接触器)和避雷器作为备用保护装置，但是由于机械开关的反应时间很长，通常为数十毫秒，可能无法满足保护主电容器的需要，且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速旁路装置，其能够有效地保护主电容器并克服现有技术中存在的上述缺点。这通过本发明的一种快速旁路装置来实现，所述快速旁路装置包括一对反并联的晶闸管、一避雷器和一备用保护开关，其中所述一对反并联的晶闸管与所述避雷器和所述备用保护开关相互并联。
依据本发明的一个方面，所述备用保护开关包括一触发电路。所述触发电路包括一单相桥式整流电路、一第二电阻、一击穿二极管和一具有一第一绕组和一第二绕组的脉冲变压器，其中所述第二电阻、所述击穿二极管和所述第一绕组与所述单相桥式整流电路的输出端串联成回路，所述单相桥式整流电路的输入端与所述备用保护开关并联，所述第二绕组连接所述备用保护开关的触发极。
依据本发明的另一方面，所述单相桥式整流电路的输出端与一电容器并联。
依据本发明的再一方面，所述晶闸管与一主电容器并联。
依据本发明的又一方面，所述单相桥式整流电路的输入端通过一第一电阻与所述备用保护开关并联。
依据本发明的又一方面，所述主电容器为串联在一变压器的中性点和接地极之间的一个或复数个电容。
本发明的优点在于：1)避免增设一对晶闸管及配套的电子驱动电路从而节省了成本；2)采用被动的形式来运行，不受电源正常工作与否的限制；3)由于备用保护开关可在故障发生后1毫秒内闭合，而在其闭合前通过避雷器的载荷有限，故能对主电容器实现更加迅速而可靠的保护，且较低的载荷允许选用更小的避雷器，因而节省了空间并进一步降低了成本。
附图说明
结合以下附图，本发明的特征和优点将变得更加清楚，其中相同的符号表示相同的部件或装置：
图1示意性地展示了与主电容器Cm并联的本发明的快速旁路装置1，其中标号相同的电位点的电位相同；
图2示意性地展示了用于备用保护开关BPS的触发电路2。
参考符号列表：
1快速旁路装置；            2触发电路；
C电容器；                  Cm主电容器；
SA避雷器；                 BPS备用保护开关；
BOD击穿二极管；            PT脉冲变压器；
W1、W2绕组；               T1、T2晶闸管；
R1、R2电阻；               RC单相桥式整流电路；
P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8电位点。
具体实施方式
依据本发明的一种实施方式，快速旁路装置1如图1中以虚线所示包括一对反并联的晶闸管T1和T2、一避雷器SA和一备用保护开关BPS，其中反并联的晶闸管T1和T2与避雷器SA和备用保护开关BPS相互并联于电位点P3和P4之间。备用保护开关BPS具有较强的承受强电流的能力且能够在故障发生后1毫秒内闭合。备用保护开关BPS可从例如西门子公司的HVDC PLUS
Figure BDA0000068585230000031
和SVC PLUS产品中获得。一旦作为旁路电路的一对反并联的晶闸管T1和T2因故障无法进行旁路，避雷器SA就能在几微秒内先被导通以将主电容器Cm短路。随后，备用保护开关BPS在故障发生后1毫秒内闭合以将主电容器Cm短路并同时去除避雷器SA上的载荷。尽管避雷器SA的反应更迅速，但是备用保护开关BPS能够承受比避雷器SA大得多的载荷，而本发明则可在通过避雷器SA保证迅速短路主电容器Cm的同时，通过备用保护开关BPS保护避雷器SA不因载荷过大而受损。
依据本发明的另一实施方式，备用保护开关BPS进一步包括如图2所示的一触发电路2。触发电路2包括一单相桥式整流电路RC、一作为第二电阻的电阻R2、一击穿二极管BOD和一具有一作为第一绕组的绕组W1和一作为第二绕组的绕组W2的脉冲变压器PT，其中电阻R2、击穿二极管BOD和绕组W1与单相桥式整流电路RC的输出端串联成回路，而单相桥式整流电路RC的输入端与备用保护开关BPS并联于电位点P3和P4。绕组W2连接备用保护开关BPS的触发极(未示出)于电位点P5和P6。当电力系统中发生故障时，触发电路2会通过电位点P3和P4获得故障信号，并经过单相桥式整流电路RC整流。如果整流后的信号达到了击穿二极管BOD所界定的电压水平，则绕组W1中会产生电流，进而在脉冲变压器PT的绕组W2中产生电流来触发备用保护开关BPS，其中第二电阻起限流作用。
依据本发明的再一实施方式，单相桥式整流电路RC的输出端与一电容器C并联于电位点P7和P8或者/以及单相桥式整流电路RC通过一作为第一电阻的电阻R1与备用保护开关BPS并联，即将电阻R1连接于电位点P3和单相桥式整流电路RC的输出端之间。其中电容器C用于对尖峰进行抑制，而第一电阻用于限流。
依据本发明的又一实施方式，还可将快速旁路装置1进一步如图1所示与一主电容器Cm并联。此时，连接在变压器的中性点P1和接地极P2之间的主电容器Cm与快速旁路装置1中反并联的主晶闸管T1和T2并联于电位点P3和P4，其中主电容器Cm可以为串联在一变压器的中性点P1和接地极P2之间的一个或复数个电容。
尽管以上展示了本发明的实施方式，但是所述实施方式不旨在展示本发明的所有可能的形式。此外，本说明书中的内容是描述性的，而非限制性的。本领域技术人员可对本说明书的内容作出各种变化和修改，而不偏离本发明的主旨和权利要求的范围。

Claims (6)

1.一种快速旁路装置(1)，包括一对反并联的晶闸管(T1、T2)、一避雷器(SA)和一备用保护开关(BPS)，其中所述一对反并联的晶闸管(T1、T2)与所述避雷器(SA)和所述备用保护开关(BPS)相互并联。
2.如权利要求1所述的快速旁路装置(1)，其特征在于，所述备用保护开关(BPS)包括一触发电路(2)；所述触发电路(2)包括一单相桥式整流电路(RC)、一第二电阻(R2)、一击穿二极管(BOD)和一具有一第一绕组(W1)和一第二绕组(W2)的脉冲变压器(PT)，其中所述第二电阻(R2)、所述击穿二极管(BOD)和所述第一绕组(W1)与所述单相桥式整流电路(RC)的输出端串联成回路，所述单相桥式整流电路(RC)的输入端与所述备用保护开关(BPS)并联，所述第二绕组(W2)连接所述备用保护开关(BPS)的触发极。
3.如权利要求2所述的快速旁路装置(1)，其特征在于，所述单相桥式整流电路(RC)的输出端与一电容器(C)并联。
4.如权利要求2所述的快速旁路装置(1)，其特征在于，所述单相桥式整流电路(RC)的输入端通过一第一电阻(R1)与所述备用保护开关(BPS)并联。
5.如权利要求1至4中任一项权利要求所述的快速旁路装置(1)，其特征在于，所述晶闸管(T1、T2)与一主电容器(Cm)并联。
6.如权利要求5所述的快速旁路装置(1)，其特征在于，所述主电容器(Cm)为串联在一变压器的中性点(P1)和接地极(P2)之间的一个或复数个电容。
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