CN107394767B - 一种用于直流断路器的旁路快速保护电路 - Google Patents

一种用于直流断路器的旁路快速保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于直流断路器的旁路快速保护电路，包括：快速保护电路、晶闸管。快速保护电路与直流断路器子模块的均压电路并联，用于在直流断路器的电流从其主支路向转移支路转移失败时，触发晶闸管，并在直流断路器电流分断过程中直流断路器子模块过压时，击穿快速保护电路中的高压击穿二极管；晶闸管与直流断路器子模块的均压电路并联，用于保护直流断路器子模块，并在直流断路器的电流从其主支路向转移支路转移失败时转移电流。本发明能在直流断路器的电流从其主支路向转移支路转移失败时由晶闸管转移电流；能有效防止直流断路器分断过程中子模块被高压击穿；电路成熟简单易于实现，能有效提高直流断路器的可靠性和可用率。

Description

一种用于直流断路器的旁路快速保护电路
技术领域
本发明涉及直流输电领域，具体涉及一种用于直流断路器的旁路快速保护电路。
背景技术
直流断路器是构建直流电网的关键设备，对于直流故障的快速处理和隔离，直流换流站的投入和切除，具有重要的作用。
由于混合式直流断路器的分断机理是通过多个断路器的几个支路时间的电流转移实现分断，在电流从主通流支路向分断支路转移过程中，若分断支路的子模块异常的数量多于阈值时，将会发生电流无法转移的现象，导致电流分断失败。而混合式直流断路器的电流分断支路是由大量(数百)串联的子模块构成，其发生故障的概率极大，这将降低了直流断路器的使用率。
同时，混合式直流断路器要求在数毫秒内分断几十千安故障电流，其分断机理要求其建立高于系统电压约1.5～1.6倍的暂态分断电压，若分断支路中大量串联的子模块出现关断不一致的现象，将会造成部分子模块的电压高于其器件耐受水平，进而击穿该器件，导致直流断路器丢失冗余，降低了其分断安全裕度。更严重的是，若出现大量的不一致现象时，将会造成极大的经济损失。
目前，对于混合式直流断路器的快速旁路保护还缺乏可靠的技术方案。主要有两种技术路线，一是利用旁路机械开关，该开关能够提供可靠的旁路，但无法解决在直流断路器分断过程中子模块被高压击穿的问题。二是考虑类似特高压直流换流阀的过压保护电路，但无法解决电流无法转移的问题。因此，这些简单的方法均无法适用混合式直流断路器这种新型电力设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有混合式直流断路器的快速旁路保护技术方案存在无法同时解决直流断路器过压保护的问题和电流无法转移的问题，从而提供一种用于直流断路器的旁路快速保护电路。
为此，本发明提供一种用于直流断路器的旁路快速保护电路，包括：快速保护电路、晶闸管，其中，所述快速保护电路与直流断路器子模块中的均压电路并联，用于在直流断路器的电流从其主支路向转移支路转移失败时，触发所述晶闸管，并且在所述直流断路器电流分断过程中所述直流断路器子模块过压时，击穿所述快速保护电路中的高压击穿二极管；所述晶闸管与所述均压电路并联，用于保护所述直流断路器子模块，并且在直流断路器的电流从其主支路向转移支路转移失败时转移电流。
优选地，所述快速保护电路包括：限流电阻、保护二极管、击穿二极管电路、稳压管、二极管、滤波电路，其中，所述限流电阻一端接于所述保护二极管正向端，另一端接于所述晶闸管的阳极；所述保护二极管的反向端接于所述击穿二极管电路的一端，所述稳压管的正向端接于所述二极管的正向端，所述击穿二极管电路的另一端与所述稳压管的反向端及所述滤波电路的一端连接，所述二极管的反向端接于所述晶闸管的控制极，所述滤波电路的另一端接于所述晶闸管的阴极。
优选地，所述击穿二极管电路包括：高压击穿二极管、低压击穿二极管、高压快速继电器、高压场效应管，其中，所述高压快速继电器与所述高压场效应管并联连接，构成第一并联结构，所述第一并联结构与所述低压击穿二极管串联连接构成低压保护电路，所述低压保护电路与高压击穿二极管并联。
优选地，所述高压快速继电器与所述高压场效应管为互锁逻辑。
优选地，所述滤波电路包括：并联连接的滤波电容和电阻，用于滤除电流中的交流成分。
优选地，所述晶闸管的耐受电压低于所述直流断路器子模块的耐受电压。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、可以有效解决混合式直流断路器的电流分断支路出现子模块故障导致电流无法转移的问题；
2、可以有效解决直流断路器分断过程中的大量电力电子组件控制不一致造成部分子模块过压击穿问题；
3、本发明的电路成熟简单，易于实现，可以有效提高直流断路器的可靠性和可用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于直流断路器的旁路快速保护电路的原理框图；
图2为本发明用于直流断路器的旁路快速保护电路的高压继电器和高压场效应管配合关系图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供一种用于直流断路器的旁路快速保护电路，如图1所示，包括：快速保护电路1、晶闸管T1。
其中，快速保护电路1与断路器子模块2中的均压电路3并联，用于在直流断路器的电流从其主支路向转移支路转移失败时，触发晶闸管T1，并且在直流断路器电流分断过程中直流断路器子模块2过压时，击穿快速保护电路中的高压击穿二极管D5。
在一较佳实施例中，该均压电路3是采用断路器子模块的均压电路，用以保证多级串联的晶闸管能够实现静态、动态的电压均衡，从而保证其不由于过压而击穿
在一较佳实施例中，该快速保护电路1包括：限流电阻R1、保护二极管D1、击穿二极管电路4、稳压管D2、二极管D3、滤波电路5。其中，限流电阻R1的一端接于保护二极管D1正向端，另一端接于晶闸管T1的阳极；保护二极管D1的反向端接于击穿二极管电路4的一端，稳压管D2的正向端接于二极管D3的正向端，击穿二极管电路4的另一端与稳压管D2的反向端及滤波电路5的一端连接，二极管D3的反向端接于晶闸管T1的控制极，滤波电路5的另一端接于晶闸管T1的阴极。
该击穿二极管电路4包括：低压击穿二极管D4、高压击穿二极管D5、高压快速继电器K1、高压场效应管Q1，其中，高压快速继电器K1与高压场效应管Q1并联连接，构成第一并联结构，第一并联结构与低压击穿二极管D4串联连接构成低压保护电路，低压保护电路与高压击穿二极管D5并联。电路中高压继电器K1和高压场效应管Q1为互锁逻辑，如图2所示。在直流断路器处于不带电状态时，断路器的供能系统尚未供电，此时配合关系如图2(a)所示，高压继电器K1处于常闭节点，而高压场效应管Q1无法投入，快速保护电路1处于低压击穿二极管D4保护投入状态。而在断路器的供能系统送电之后，此时配合关系如图2(b)所示，高压继电器K2动作，处于常开节点，低压击穿二极管D4保护处于退出状态。当检测到子模块驱动异常、供电电压较低、甚至是供能系统异常时，此时配合关系如图2(c)所示，首先将高压场效应管Q1投入，使得低压击穿二极管D4快速投入保护电路，同时将与之并联的高压继电器K1投入，确保低压保护电路能够可靠接入。
在一较佳实施例中，该滤波电路5包括：并联连接的滤波电容C1和电阻R2，用于滤除电流中的交流成分。
晶闸管T1与均压电路3并联，该晶闸管T1的耐受电压低于直流断路器子模块2的耐受电压，用于保护直流断路器子模块2，并且在直流断路器的电流从其主支路向转移支路转移失败时转移电流。
通过晶闸管T1的设置，在快速保护电路1发生故障处于开路状态不能正常工作时，可以击穿晶闸管T1，从而避免直流断路器子模块2被高压击穿；而在直流断路器的电流从其主支路向转移支路转移失败时，晶闸管T1被触发，使得电流转移；并且在电流分断过程中保护过压的直流断路器子模块2，防止其由于电压过高而击穿。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种用于直流断路器的旁路快速保护电路，其特征在于，包括：快速保护电路(1)、晶闸管(T1)，其中，
所述快速保护电路(1)与直流断路器子模块(2)中的均压电路(3)并联，用于在直流断路器的电流从其主支路向转移支路转移失败时，触发所述晶闸管(T1)，并且在所述直流断路器电流分断过程中直流断路器子模块(2)过压时，击穿所述快速保护电路(1)中的高压击穿二极管(D5)；
所述晶闸管(T1)与所述均压电路(3)并联，用于保护所述直流断路器子模块(2)，并且在所述直流断路器的电流从其主支路向转移支路转移失败时转移电流，所述晶闸管(T1)的耐受电压低于所述直流断路器子模块(2)的耐受电压；
所述快速保护电路(1)包括：限流电阻(R1)、保护二极管(D1)、击穿二极管电路(4)、稳压管(D2)、二极管(D3)、滤波电路(5)，其中，
所述限流电阻(R1)一端接于所述保护二极管(D1)正向端，另一端接于所述晶闸管(T1)的阳极；所述保护二极管(D1)的反向端接于所述击穿二极管电路(4)的一端，所述稳压管(D2)的正向端接于所述二极管(D3)的正向端，所述击穿二极管电路(4)的另一端与所述稳压管(D2)的反向端及所述滤波电路(5)的一端连接，所述二极管(D3)的反向端接于所述晶闸管(T1)的控制极，所述滤波电路(5)的另一端接于所述晶闸管(T1)的阴极；
所述击穿二极管电路(4)包括：高压击穿二极管(D5)、低压击穿二极管(D4)、高压快速继电器、高压场效应管，其中，
所述高压快速继电器(K1)与所述高压场效应管(Q1)并联连接，构成第一并联结构，所述第一并联结构与所述低压击穿二极管(D4)串联连接构成低压保护电路，所述低压保护电路与高压击穿二极管(D5)并联。
2.根据权利要求1所述的直流断路器的旁路快速保护电路，其特征在于，所述高压快速继电器(K1)与所述高压场效应管(Q1)为互锁逻辑。
3.根据权利要求1所述的直流断路器的旁路快速保护电路，其特征在于，所述滤波电路(5)包括：并联连接的滤波电容(C1)和电阻(R2)，用于滤除电流中的交流成分。
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