CN110445111B - 一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统 - Google Patents

一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统，设于三相桥式整流器与MCSR控制绕组直流母线之间，包括第一、第二过电压支路，第一、第二过电压支路顺序并联在三相桥式整流器的输出端，第一过电压支路包含一个并联模组，第二过电压支路包含两个相互串联的并联模组，且两个并联模组的连接点接地；所述并联模组由m+n条支路并联而成，m条支路中每条支路中均连接一个第二电阻，n条支路中每条支路中均连接一个第三电阻，m、n均为大于等于1的整数，且在第一、第二过电压支路中的并联模组，其m、n取值相同或不同；其中，第二电阻为氧化锌避雷器，第三电阻为过电压保护器。此种过电压保护系统易于实现，配置简单，可靠性高。

Description

一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，特别涉及一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统。
背景技术
磁控式并联电抗器(Magnetically Controlled Shunt Reactor，以下简称为MCSR)是一种重要的无功补偿设备，是一项新的可用于超高压、特高压电网的无功补偿技术。如图2所示，电抗器本体包含高压侧网侧绕组、低压侧控制绕组和辅助绕组。控制绕组采用两串三并的形式，正常工作时，给控制绕组通直流电流，通过改变控制绕组上流过的直流电流大小就可以实现容量的连续调节，因而MCSR具有非常优越的控制性能。因为控制绕组采用两串三并的特殊形式，当串联连接的两个绕组(如图2中a1和a2)其中一个发生匝间短路时，就会在直流母线正负之间产生很高的过电压(参与串联的单个绕组额定电压通常可达20kV甚至更高，远高于直流侧正常运行电压)；当串联连接的两个绕组发生接地故障时，会在直流母线正负对地产生过电压。过电压水平高，严重危害MCSR控制绕组绝缘和励磁设备的安全。
考虑到MCSR正常运行时，控制绕组上施加的直流电压幅值远低于故障时的过电压水平，需要在直流母线上加装过电压保护装置。如“CN200810100802.4一种磁控式并联电抗器励磁支路过电压保护方法及装置”，针对电抗器控制绕组过电压保护,采用氧化锌避雷器+晶闸管投退大功率电阻+接触器短接的三级结构和方法，采用了三层过电压防护，缺点是结构较为复杂，需要外部提供晶闸管触发信号和接触器合闸信号，同时正常运行时有一定的误动风险。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统，易于实现，配置简单，可靠性高。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统，设于三相桥式整流器与MCSR控制绕组直流母线之间，包括第一过电压支路和第二过电压支路，其中，第一过电压支路和第二过电压支路顺序并联在三相桥式整流器的输出端，第一过电压支路包含一个并联模组，第二过电压支路包含两个相互串联的并联模组，且两个相互串联的并联模组的连接点接地；
所述并联模组由m+n条支路并联而成，其中，m条支路中每条支路中均连接一个第二电阻，n条支路中每条支路中均连接一个第三电阻，m、n均为大于等于1的整数，且在第一、第二过电压支路中的并联模组，其m、n取值相同或不同；其中，第二电阻为氧化锌避雷器，第三电阻为过电压保护器。
上述氧化锌避雷器动作电压低于过电压保护器动作电压。
上述三相桥式整流器与第一过电压支路之间还并联有箝位电阻，所述箝位电阻由两个电阻串联构成，且两个电阻的连接点接地。
上述过电压保护器包括金属外壳和两端电极，金属外壳由上下两部分构成，且两部分之间采用绝缘片进行隔离，两端电极分别与上下两部分金属外壳设为一体结构；所述金属外壳内为多层结构，由多层氧化锌阀片及设于相邻两层氧化锌阀片之间的易熔金属片叠加组成，位于最上层与最下层的氧化锌阀片分别与对应的两端电极电连接。
上述易熔金属片采用金属锡或易熔合金。
采用上述方案后，本发明采用的过电压保护回路是通过氧化锌避雷器和过电压保护器并联组成，具有以下优点：
(1)过电压保护回路根据实际过电压水平导通动作，无需外部输入控制信号，限制过电压能力强，同时在正常运行时不存在误动的风险，在磁控电抗器控制绕组直流母线承受过电压冲击时，能够可靠动作，限制过电压水平，保护磁控电抗器控制绕组和励磁设备的安全；
(2)过电压保护回路设备配置简单，成本低，易于推广。
附图说明
图1是磁控并联电抗器控制绕组过压保护电气原理图；
图2是磁控电抗器本体结构原理图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统，其中，三相桥式整流器为励磁系统功率整流单元，将输入交流电源整流成直流，输出至控制绕组直流母线；电阻1为箝位电阻，用于平衡正常运行时直流正负母线对地电位；虚线框内为本发明提供的过电压保护系统，包含过电压支路1和过电压支路2，支路1限制直流母线正负之间过电压，支路2限制直流母线正负对地过电压。如图1所示，过电压支路1由电阻2和电阻3并联组成，电阻2为氧化锌避雷器，电阻3为过电压保护器；过电压支路2包含两组相互并联的电阻2和电阻3，这两组相互并联后再串联，且两组的连接点接地；需要说明的是，图1中仅示出了一级电阻2和一级电阻3，但在实际实施时，可根据工程需要设置多级，通常情况下，支路1和支路2中电阻2/3的级数可以不同，但是支路2两组并联电路中电阻2或电阻的级数设定为相同。氧化锌避雷器动作电压低于过电压保护器动作电压，容量依据工程需要选择多组并联即可。
过电压保护器是一种可用于MCSR控制绕组的新型过电压保护器件，主体包括金属外壳和两端电极，金属外壳由上下两部分构成，且两部分之间采用绝缘片进行隔离，两端电极分别与上下两部分金属外壳设为一体结构；所述金属外壳内为多层结构，由多层氧化锌阀片及设于相邻两层氧化锌阀片之间的易熔金属片叠加组成，位于最上层与最下层的氧化锌阀片分别与对应的两端电极电连接，其中的易熔金属片可以采用金属锡或易熔合金，具体的熔点可根据实际情况进行选择。在MCSR正常运行时，仅有极小的(微安级)漏电流流过。当过电压数值达到保护器导通电压时，保护器导通从而可以将过电压限制在安全范围内，同时随着保护器吸收能量的增加和温度的升高，两端电极之间的易熔金属片开始熔化，其导通电压会迅速降低，直到形成几乎短路的电流通路，实现始终把控制绕组的过电压限制在安全范围内。过电压保护器体积小、造价低、安装使用方便，是一种可用于MCSR控制绕组的新型过电压保护器件。
本发明具体包括如下步骤：
(1)在MCSR控制绕组直流母线设置过电压保护电路，包含正负之间过电压支路1和正负对地过电压支路2；
(2)过电压支路均配置两级过电压保护，第一级为氧化锌避雷器，第二级为过电压保护器；第一级动作电压U1小于第二级动作电压U2；容量依据工程需要选择多组并联；
(3)当所述磁控式并联电抗器直流母线遭受过电压冲击时，第一级氧化锌避雷器先动作，通过吸收过电压能量限制过电压峰值；
(4)当过电压能量超过氧化锌非线性电阻的承受能力时，过电压数值会进一步升高，达到过电压保护器的动作值，第二级过电压保护器动作；
(5)过电压保护器动作后，随着吸收能量增加和温度升高，导通电压迅速下降，直至形成几乎短路的电流通路，从而限制过电压数值，保护磁控电抗器控制绕组和励磁设备。
进一步的，步骤(3)中所述的过电压冲击包含控制绕组匝间短路产生的直流母线正负之间过电压冲击和控制绕组对地闪络产生的直流母线正负对地的过电压冲击。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统，其特征在于：设于三相桥式整流器与MCSR控制绕组直流母线之间，包括第一过电压支路和第二过电压支路，其中，第一过电压支路和第二过电压支路顺序并联在三相桥式整流器的输出端，第一过电压支路包含一个并联模组，第二过电压支路包含两个相互串联的并联模组，且两个相互串联的并联模组的连接点接地；
所述并联模组由m+n条支路并联而成，其中，m条支路中每条支路中均连接一个第二电阻，n条支路中每条支路中均连接一个第三电阻，m、n均为大于等于1的整数，且第一过电压支路中的并联模组和第二过电压支路中的并联模组，其m、n取值相同或不同，第二过电压支路中的两个相互串联的并联模组，其m、n取值相同；其中，第二电阻为氧化锌避雷器，第三电阻为过电压保护器，所述氧化锌避雷器动作电压低于过电压保护器动作电压。
2.如权利要求1所述的一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统，其特征在于：所述三相桥式整流器与第一过电压支路之间还并联有箝位电阻，所述箝位电阻由两个电阻串联构成，且两个电阻的连接点接地。
3.如权利要求1所述的一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统，其特征在于：所述过电压保护器包括金属外壳和两端电极，金属外壳由上下两部分构成，且两部分之间采用绝缘片进行隔离，两端电极分别与上下两部分金属外壳设为一体结构；所述金属外壳内为多层结构，由多层氧化锌阀片及设于相邻两层氧化锌阀片之间的易熔金属片叠加组成，位于最上层与最下层的氧化锌阀片分别与对应的两端电极电连接。
4.如权利要求3所述的一种磁控式并联电抗器控制绕组直流母线过电压保护系统，其特征在于：所述易熔金属片采用金属锡或易熔合金。
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