CN108649937A - 一种抑制响应雷击过电压的可控避雷器晶闸管阀开关 - Google Patents

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苏铁山
陈明庆
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Abstract

本发明实施例提供了一种抑制响应雷击过电压的可控避雷器晶闸管阀开关以及可控避雷器，该可控避雷器晶闸管阀开关包括：多层相互串联的晶闸管阀模块，每层晶闸管阀模块并联有动态电阻模块；动态电阻模块根据电压波的类型具有不同的阻值，当承受雷击过电压波时，动态电阻模块的阻值使得晶闸管阀模块中晶闸管两端的电压小于晶闸管的导通电压。通过实施本发明实施例，能够避免晶闸管阀模块由于雷击过电压巨大的电流变化率而损坏的情况，在没有增加额外电路结构的基础上实现了各层晶闸管阀模块的均压，相对于现有可控避雷器的晶闸管阀开关，结构简单，内部电场分布均匀，提高了晶闸管阀开关的可靠性。

Description

一种抑制响应雷击过电压的可控避雷器晶闸管阀开关
技术领域
本发明涉及电力电子器件保护技术领域，具体涉及一种抑制响应雷击过电压的可控避雷器晶闸管阀开关。
背景技术
特高压交流晶闸管阀型可控避雷器主要为深度降低操作过电压残压，能够取消断路器合闸电阻，减小可控避雷器占地面积，提高可控避雷器运行可靠性，但运行过程中可控避雷器不仅需要承受操作过电压工况，还会承受雷击过电压工况，两种工况对晶闸管阀关键参数的要求如表1所示：
表1
目前晶闸管阀模块通过多层串联方式满足两种工况下电压要求，但由于生产工艺的限制，晶闸管阀模块难以承受雷击过电压下导通过程中巨大的di/dt(电流变化率)。
现有技术中通过在晶闸管阀开关回路中串联限流电感，以减小可控避雷器晶闸管阀开关回路中冲击电流幅值和电流变化率，从而使得现有高压大功率晶闸管器件可以满足可控避雷器对晶闸管阀开关的应用要求，然而为了实现各层晶闸管阀模块的均压，需要增加额外的电路结构，导致晶闸管阀开关的结构复杂，造成晶闸管阀开关内部电场分布不均匀，从而降低晶闸管阀开关的可靠性。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例提出了一种抑制响应雷击过电压的可控避雷器晶闸管阀开关，用以解决现有可控避雷器晶闸管阀开关为了实现各层晶闸管阀模块的均压，需要增加额外的电路结构，导致晶闸管阀开关的结构复杂，造成晶闸管阀开关内部电场分布不均匀，从而降低晶闸管阀开关可靠性的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明第一方面提供一种抑制响应雷击过电压的可控避雷器晶闸管阀开关，包括：多层相互串联的晶闸管阀模块，每层所述晶闸管阀模块并联有动态电阻模块；所述动态电阻模块根据电压波的类型具有不同的阻值，当承受雷击过电压波时，所述动态电阻模块的阻值使得所述晶闸管阀模块中晶闸管两端的电压小于所述晶闸管的导通电压。
结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述动态电阻模块包括：电容。
结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述电容的值为1～2nF。
结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，所述晶闸管阀模块包括：反向并联的第一晶闸管和第二晶闸管。
结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述可控避雷器的晶闸管阀开关还包括：第一触发模块和第二触发模块，所述第一触发模块并联于所述第一晶闸管的阳极和门极，所述第二触发模块并联于所述第二晶闸管的阳极和门极；所述第一触发模块和第二触发模块分别用于检测与自身并联的晶闸管的两端电压，将所述晶闸管的两端电压与预设阈值进行比较，当所述晶闸管的两端电压大于所述预设阈值时，触发所述与自身并联的晶闸管导通。
本发明第二方面提供一种可控避雷器，包括：如本发明第一方面或本发明第一方面任一实施方式所述的可控避雷器晶闸管阀开关。
结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述可控避雷器还包括：避雷器受控部，与所述晶闸管阀开关并联。
结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述可控避雷器还包括：避雷器固定部；所述避雷器受控部与所述晶闸管阀开关组成的并联电路的一端接地，另一端连接所述避雷器固定部。
本发明技术方案，与现有技术相比，至少具有如下优点：
本发明实施例提供了一种抑制响应雷击过电压的可控避雷器晶闸管阀开关，该可控避雷器的晶闸管阀开关包括：多层相互串联的晶闸管阀模块，每层晶闸管阀模块并联有动态电阻模块，该动态电阻模块根据电压波的类型而具有不同阻值，当承受雷击过电压波时，动态电阻模块的阻值使得晶闸管阀模块中晶闸管两端的电压小于晶闸管的导通电压，从而本发明实施例提供的晶闸管阀开关在实现各层晶闸管阀模块均压的同时，实现了抑制晶闸管阀开关响应雷击过电压，从而避免了晶闸管阀开关因过大电流变化率而损坏，相对于现有可控避雷器的晶闸管阀开关，没有增加额外电路结构，结构简单，内部电场分布均匀，提高了晶闸管阀开关的可靠性。
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为本发明实施例中可控避雷器的晶闸管阀开关的一个具体示例的结构示意图；
图2为本发明实施例中可控避雷器的一个具体示例的结构示意图。
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“第一”、“第二”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“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。
本发明实施例提供了一种抑制响应雷击过电压的可控避雷器晶闸管阀开关，如图1所示，该可控避雷器晶闸管阀开关包括：多层相互串联的晶闸管阀模块1，每层晶闸管阀模块并联有动态电阻模块2；动态电阻模块2根据电压波的类型具有不同的阻值，当承受雷击过电压波时，动态电阻模块2的阻值使得晶闸管阀模块1中晶闸管T1/T2两端的电压小于晶闸管T1/T2的导通电压。
本发明实施例提供的可控避雷器晶闸管阀开关在实现各层晶闸管阀模块均压的同时，实现了抑制晶闸管阀开关响应雷击过电压，从而避免了晶闸管阀开关因过大电流变化率而损坏，相对于现有可控避雷器晶闸管阀开关，没有增加额外电路结构，结构简单，内部电场分布均匀，提高了晶闸管阀开关的可靠性。
如图1所示，上述晶闸管阀模块包括：反向并联的第一晶闸管T1和第二晶闸管T2，本发明实施例中的晶闸管阀模块采用BOD自触发方式，在第一晶闸管T1的阳极和门极并联有第一触发模块B1，第二晶闸管T2的阳极和门极并联有第二触发模块B2。当承受操作过电压时，第一触发模块和第二触发模块分别检测与自身并联的晶闸管的两端电压，将晶闸管的两端电压与预设阈值进行比较，当晶闸管的两端电压大于预设阈值时，上述第一触发模块和第二触发模块击穿导通，电流流向晶闸管门极，进而触发晶闸管导通。在一实施例中，该第一触发模块B1、第二触发模块B2可为击穿二极管，但本发明并不以此为限。
在一较佳实施例中，晶闸管阀开关可包括串联的32层晶闸管阀模块，根据实际工况选择耐受电压8.5kV或以上、耐受通流1900A或以上的晶闸管。但上述晶闸管阀模块的层数、所选用晶闸管的耐受电压、耐受通流的数值，均为举例说明，并非用于限制本发明。
对于避雷器而言，工频交流电压下的电压分布特性由其静电容量决定，因此，可选地，本发明实施例的每个动态电阻模块均选用高精度、同型号的电容C，以实现多层晶闸管阀模块在持续运行电压(工频电压)、操作过电压及雷击过电压三种工况下的均压。在持续运行电压和雷击过电压下，保证了晶闸管阀开关中各晶闸管阀模块的可靠关断；在操作过电压下，保证了晶闸管阀开关中各晶闸管阀模块能够同时导通，从而避免由于晶闸管阀模块间的受压不均衡导致的晶闸管器件的损坏以及无法导通的情况。同时，利用电容在不同频率下呈现不同阻抗的特性，在本发明实施例中，依据各种类型电压波及晶闸管动作电压阈值选用电容值在1～2nF的电容C构成动态电阻模块。
本发明实施例还提供了一种可控避雷器，如图2所示，该可控避雷器包括：上述实施例提供的可控避雷器晶闸管阀开关。
通过其中的晶闸管阀开关，在实现各层晶闸管阀模块均压的同时，实现了抑制晶闸管阀开关响应雷击过电压，从而避免了晶闸管阀开关因过大电流变化率而损坏，相对于现有可控避雷器，没有增加额外电路结构，结构简单，内部电场分布均匀，提高了可靠性。
如图2所示，本发明实施例提供的可控避雷器还包括：避雷器受控部3和避雷器固定部4，避雷器受控部3与晶闸管阀开关组成的并联电路的一端接地，另一端连接避雷器固定部4。避雷器受控部3用于限制分合闸或单相重合闸引起的操作过电压，在操作冲击时避雷器受控部3被晶闸管阀开关短接，操作冲击后重新投入运行，避雷器受控部3与避雷器固定部4共同作用，降低运行荷电率，保障避雷器运行可靠性。避雷器固定部4用于吸收系统过电压中的过多能量。需要说明的是，操作过电压仅由避雷器固定部4吸收能量，雷电过电压或工频过电压时由避雷器固定部4与避雷器受控部3共同吸收能量。
由于避雷器受控部3及避雷器固定部4所用避雷器阀片元件固定，因此单层晶闸管阀模块中晶闸管两端承受电压主要决定于晶闸管阀开关的电阻Rk的大小，晶闸管阀模块中的晶闸管两端承受电压U的计算公式为：
其中，RMOA1为避雷器固定部的电阻，RMOA2为避雷器受控部的电阻，Rk为可控避雷器受控部并联晶闸管阀开关的电阻，U0为系统电压，n为所用晶闸管阀模块的层数。
依据不同类型电压波波前时间下电容呈现不同阻抗的特性，本发明实施例提供的可控避雷器，在工频电压下，动态电阻模块阻值极大，漏电流极小，晶闸管阀模块相当于断路；在操作过电压下，动态电阻模块阻值降低，晶闸管阀模块中的晶闸管两端承受电压大于晶闸管的导通电压，晶闸管导通，避雷器受控部被短接，从而实现深度降低操作过电压；在雷击过电压下，动态电阻模块阻值进一步降低，晶闸管阀模块中的晶闸管两端承受电压小于晶闸管的导通电压，晶闸管处于关断状态，从而避免了晶闸管阀模块由于雷击过电压巨大的电流变化率而损坏的情况，实现了抑制晶闸管阀开关响应雷击过电压的目的。
本发明实施例提供的可控避雷器，利用操作过电压波前时间远大于雷击过电压的特点，以及电容在高频信号下的低阻抗特性，在不影响可控避雷器限制操作过电压的基础上，实现了抑制可控避雷器响应雷击过电压的目的。
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 (8)

1.一种可控避雷器晶闸管阀开关，其特征在于，包括：多层相互串联的晶闸管阀模块，每层所述晶闸管阀模块并联有动态电阻模块；
所述动态电阻模块根据电压波的类型具有不同的阻值，当承受雷击过电压波时，所述动态电阻模块的阻值使得所述晶闸管阀模块中晶闸管两端的电压小于所述晶闸管的导通电压。
2.根据权利要求1所述的可控避雷器晶闸管阀开关，其特征在于，所述动态电阻模块包括：电容。
3.根据权利要求2所述的可控避雷器晶闸管阀开关，其特征在于，所述电容的值为1～2nF。
4.根据权利要求1所述的可控避雷器晶闸管阀开关，其特征在于，所述晶闸管阀模块包括：反向并联的第一晶闸管和第二晶闸管。
5.根据权利要求4所述的可控避雷器晶闸管阀开关，其特征在于，还包括：第一触发模块和第二触发模块，所述第一触发模块并联于所述第一晶闸管的阳极和门极，所述第二触发模块并联于所述第二晶闸管的阳极和门极；
所述第一触发模块和第二触发模块分别用于检测与自身并联的晶闸管的两端电压，将所述晶闸管的两端电压与预设阈值进行比较，当所述晶闸管的两端电压大于所述预设阈值时，触发所述与自身并联的晶闸管导通。
6.一种可控避雷器，其特征在于，包括：如权利要求1-5任一项所述的可控避雷器晶闸管阀开关。
7.根据权利要求6所述的可控避雷器，其特征在于，还包括：避雷器受控部，与所述晶闸管阀开关并联。
8.根据权利要求7所述的可控避雷器，其特征在于，还包括：避雷器固定部；所述避雷器受控部与所述晶闸管阀开关组成的并联电路的一端接地，另一端连接所述避雷器固定部。
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