CN111404117B - 隔直装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种隔直装置及其控制方法。隔直装置包括电量检测模块、双向开关、旁路开关和控制器；电量检测模块用于检测变压器中性点和接地点之间的直流电量和交流电量；双向开关的通态平均电流大于设定电流值，双向开关用于导通或断开变压器中性点和接地点之间的支路；旁路开关用于导通或断开变压器中性点和接地点之间的支路；控制器用于在电量检测模块检测到变压器中性点和接地点之间的直流电量超过设定直流阈值，且交流电量超过设定交流阈值时，控制旁路开关关断，并控制双向开关导通，以使变压器中性点通过双向开关所在支路接地。本发明的技术方案，使变压器在有效导通较大零序电流的同时，有效隔离大地的直流分量。

Description

隔直装置及其控制方法

技术领域

本发明实施例涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种隔直装置及其控制方法。

背景技术

西电东送工程的逐步实施，成就了我国电力工业史上从未有过的大规模电源与电网建设。因高压直流输电(HVDC)能够稳定地远距离输送电能，直流输电技术在我国得到迅猛发展。由于直流输电系统建设初期的系统调试、直流输电系统设备故障或检修等原因，使得直流输电系统以单极大地回线方式或双极不平衡方式运行无法避免，而交流输电系统通过中性点接地的变压器及输电线路与大地构成并联回路，可引起数十安的直流电流经交流系统传输。当直流电流通过接地的变压器中性点流经变压器绕组，将引起变压器磁路直流偏磁，变压器无功损耗增加、继电保护系统故障等问题。

现行的解决方法是，在变电站主变压器的中性点接入隔直装置，通过控制隔直装置中并联的可控硅晶闸管(Silicon Controlled Rectifier，SCR)和旁路开关来控制变压器的中性点是否接地。当隔直装置检测到大地的直流分量过限，且交流系统发生接地短路故障时，同时控制可控硅晶闸管导通，并控制旁路开关闭合，将故障电流引入大地。然而，可控硅晶闸管存在通态平均电流较低，承受大电流的能力较弱的问题，并且，通过闭合旁路开关将故障电流引入大地，无法有效避免故障电流的直流分量流入交流系统，对变压器造成了不良影响，危及了电力系统的安全运行。

发明内容

本发明实施例提供一种隔直装置及其控制方法，以使变压器在有效导通较大零序电流的同时，有效隔离大地的直流分量。

第一方面，本发明实施例提供了一种隔直装置，包括：

电量检测模块，连接在变压器中性点和接地点之间，用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量和交流电量；

双向开关，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，所述双向开关的通态平均电流大于设定电流值，所述双向开关用于导通或断开所述变压器中性点和所述接地点之间的支路；

旁路开关，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，所述旁路开关用于导通或断开所述变压器中性点和所述接地点之间的支路；

控制器，与所述电量检测模块、所述双向开关和所述旁路开关电连接，所述控制器用于在所述电量检测模块检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量超过设定直流阈值，且交流电量超过设定交流阈值时，控制所述旁路开关关断，并控制所述双向开关导通，以使所述变压器中性点通过所述双向开关所在支路接地。

可选地，该隔直装置还包括：

电容器，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，用于隔绝所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量，并导通所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电量；

所述电量检测模块包括直流电压互感器、直流电流互感器和交流电流互感器，所述直流电压互感器与所述电容器并联，所述直流电流互感器和所述交流电流互感器串联在所述电容器与所述接地点之间，所述直流电压互感器用于检测所述电容器的直流电压，所述直流电流互感器用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流，所述交流电流互感器用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流；

所述控制器用于在所述直流电压互感器检测到所述电容器的直流电压超过设定直流电压或所述直流电流互感器检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流超过设定直流电流，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流超过设定交流电流时，控制所述旁路开关关断，并控制所述双向开关导通，以使所述变压器中性点通过所述双向开关所在支路接地。

可选地，所述控制器根据所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流的周期，以及所述电容器的直流电压控制所述双向开关的导通时刻。

可选地，所述控制器还用于在所述直流电压互感器检测到所述电容器的直流电压未超过设定直流电压，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流未超过设定交流电流时，控制所述旁路开关闭合；在所述直流电流互感器检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流超过设定直流电流，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流未超过设定交流电流时，控制所述旁路开关关断。

可选地，所述双向开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关反并联在所述变压器中性点和所述接地点之间，所述第二开关的第一端作为所述双向开关的控制端与所述控制器电连接；

所述第一开关和所述第二开关的通态平均电流大于设定电流值；所述第一开关和所述第二开关构成电力双向晶闸管，或者所述第一开关和所述第二开关均为电力场效应晶闸管和门极可关断晶闸管中的任一种。

第二方面，本发明实施例还提供了一种隔直装置的控制方法，所述隔直装置包括：电量检测模块，连接在变压器中性点和接地点之间，用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量和交流电量；双向开关，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，所述双向开关的通态平均电流大于设定电流值，所述双向开关用于导通或断开所述变压器中性点和所述接地点之间的支路；旁路开关，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，所述旁路开关用于导通或断开所述变压器中性点和所述接地点之间的支路；控制器，与所述电量检测模块、所述双向开关和所述旁路开关电连接；

所述控制方法包括：

在所述电量检测模块检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量超过设定直流阈值，且交流电量超过设定交流阈值时，通过所述控制器控制所述旁路开关关断，并控制所述双向开关导通，以使所述变压器中性点通过所述双向开关所在支路接地。

可选地，所述隔直装置还包括：电容器，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，用于隔绝所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量，并导通所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电量；所述电量检测模块包括直流电压互感器、直流电流互感器和交流电流互感器，所述直流电压互感器与所述电容器并联，所述直流电流互感器和所述交流电流互感器串联在所述电容器与所述接地点之间，所述直流电压互感器用于检测所述电容器的直流电压，所述直流电流互感器用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流，所述交流电流互感器用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流；

所述控制方法包括：

在所述直流电压互感器检测到所述电容器的直流电压超过设定直流电压或所述直流电流互感器检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流超过设定直流电流，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流超过设定交流电流时，通过所述控制器控制所述旁路开关关断，并控制所述双向开关导通，以使所述变压器中性点通过所述双向开关所在支路接地。

可选地，所述控制器根据所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流的周期，以及所述电容器的直流电压控制所述双向开关的导通时刻。

可选地，所述控制方法还包括：

在所述直流电压互感器检测到所述电容器的直流电压未超过设定直流电压，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流未超过设定交流电流时，通过所述控制器控制所述旁路开关闭合；

在所述直流电流互感器检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流超过设定直流电流，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流未超过设定交流电流时，通过所述控制器控制所述旁路开关关断。

可选地，所述双向开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关反并联在所述变压器中性点和所述接地点之间，所述第二开关的第一端作为所述双向开关的控制端与所述控制器电连接；

所述第一开关和所述第二开关的通态平均电流大于设定电流值；所述第一开关和所述第二开关构成电力双向晶闸管，或者所述第一开关和所述第二开关均为电力场效应晶闸管和门极可关断晶闸管中的任一种。

本发明实施例提供的隔直装置及其控制方法，当电力系统中同时出现大地直流分量过限和接地短路故障的问题时，通过隔直装置中的控制器控制旁路开关关断，并控制双向开关导通，以使变压器中性点通过双向开关所在支路接地，将大地的直流分量引入双向开关，并通过双向开关导通零序短路电流，通过导流性能强的双向开关承受故障电流。本发明的技术方案，避免了现有技术中将变压器中性点直接通过旁路开关所在支路接地这一做法，缓解了现有技术无法在变压器在中性点流过较大零序电流的情况下隔绝大地直流分量的问题，有助于使变压器在有效导通较大零序电流的同时，有效隔离大地的直流分量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种隔直装置的模块结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种隔直装置的电路结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种直流电压的波形示意图；

图4是本发明实施例提供的一种交流电流的波形示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种交流电流的波形示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种交流电流的波形示意图；

图7是本发明实施例提供的一种隔直装置的控制方法的流程示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种隔直装置的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

正如背景技术所述，现有隔直装置存在可控硅晶闸管的通态平均电流较低，承受大电流的能力较弱的问题，并且，通过闭合旁路开关将故障电流引入大地，无法有效避免故障电流的直流分量流入交流系统，对变压器造成了不良影响，危及了电力系统的安全运行。经发明人研究发现，存在上述问题的原因如下：现有技术通常在变电站主变压器的中性点接入隔直装置，通过控制隔直装置中并联的可控硅晶闸管和旁路开关来控制变压器的中性点是否接地。当隔直装置检测到大地的直流分量过限，且交流系统发生接地短路故障时，零序短路电流会流过隔直装置，若隔直装置检测到交流电流过限，会触发可控硅晶闸管导通接地旁路，同时控制旁路开关闭合。由于可控硅晶闸管的导通速度要比旁路开关的闭合速度快，故障电流会先通过可控硅晶闸管流向大地，但是可控硅晶闸管的通态平均电流较低，承受大电流的能力较弱，待控制旁路开关闭合后，故障电流将由可控硅晶闸管转移到旁路开关流向大地。此时，变压器中性点直接与大地相连，大地较大的直流分量通过中性点流入交流系统，短时间内可能造成变压器或线路零序保护的拒动或误动。若此越限的零序电流是由系统三相负荷不对称引起的，系统可能长时间运行在该状态，则大地的直流分量就会引起变压器磁路直流偏磁，导致铁心的半波饱和，从而产生谐波，引起振动和噪声、过热等问题，严重时可引起变压器的损坏；谐波还可能引起电容电抗器组的谐振损坏、引起保护误动等问题。

实施例一

针对上述问题，本发明实施例提供了一种隔直装置，图1是本发明实施例提供的一种隔直装置的模块结构示意图。如图1所示，该隔直装置100包括电量检测模块10、双向开关20、旁路开关30和控制器40；电量检测模块10连接在变压器200中性点O和接地点G之间的一条支路上，电量检测模块10用于检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量和交流电量；双向开关20连接在变压器200中性点O和接地点G之间的一条支路上，双向开关20的通态平均电流大于设定电流值，双向开关20用于导通或断开变压器200中性点O和接地点G之间的支路；旁路开关30连接在变压器200中性点O和接地点G之间的一条支路上，旁路开关30用于导通或断开变压器200中性点O和接地点G之间的支路；控制器40与电量检测模块10、双向开关20和旁路开关30电连接，控制器40用于在电量检测模块10检测到变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量超过设定直流阈值，且交流电量超过设定交流阈值时，控制旁路开关30关断，并控制双向开关20导通，以使变压器200中性点O通过双向开关20所在支路接地。

参考图1，本发明实施例以及以下实施例中的变压器200，均是需要通过中性点直接接地运行的变压器。隔直装置100用于控制变压器200的中性点O是否接地。具体地，电量检测模块10可以检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量和交流电量，例如电量检测模块10可以检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电压、交流电压、直流电流和交流电流的大小，并将检测到的直流电量值和/或交流电量值以信号的形式传输至控制器40，以使控制器40根据变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量值和设定直流阈值之间的数值关系判定大地直流分量是否过限，并使使控制器40根据变压器200中性点O和接地点G之间的交流电量值和设定交流阈值之间的数值关系判定系统是否出现接地短路故障。其中设定直流阈值与设定交流阈值的具体数值可以结合变压器200所在电力系统的参数而设置。双向开关20的通态平均电流大于设定电流值，其中，设定电流值的大小可以依据变压器200所在电力系统的参数而设置，保证双向开关20具有较大的电流承受能力即可。示例性地，可以通过选用通态平均电流较大的晶闸管来组成双向开关20，从而保证双向开关20承受大电流的能力。双向开关20可以双向导通，当控制器40控制双向开关20导通时，变压器200中性点O可以通过双向开关20所在支路接地，控制器40也可以控制旁路开关30导通，变压器200中性点O还可以通过旁路开关30所在支路接地。

电力系统中存在大地直流分量过限和接地短路故障等问题，其中，大地直流分量过限是由于变电站附近有直流换流站等原因，使得原本零电位的大地带有正或负电位，而变压器中性点正常情况下是零电位，所以中性点和大地之间存在电位差，因此电力系统中存在引入大地直流电流的风险；当电力系统中出现接地短路故障，变压器中性点会感应出工频交流电压，若中性点接地，工频交流电压会产生零序短路电流。当电力系统中出现大地直流分量过限和接地短路故障等问题，并且变压器以中性点接地方式运行时，需要控制变压器中性点接地，使变压器中性点能导通所有零序电流且不受大地直流电流的影响。参考图1，示例性地，对本发明实施例所提供的隔直装置100如何解决上述问题进行说明。当电量检测模块10检测到变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量超过设定直流阈值时，说明电力系统中存在大地直流分量过限的问题，当电量检测模块10检测到变压器200中性点O和接地点G之间的交流电量超过设定交流阈值时，说明电力系统中存在接地短路故障，变压器200中性点O上有零序短路电流流过。此时可以通过控制器40控制旁路开关30关断，并控制双向开关20导通，以使变压器200中性点O通过双向开关20所在支路接地。由于双向开关20的通态平均电流较大，具有较强的承受大电流的能力，使变压器200中性点O通过双向开关20所在支路接地，能够将大地的直流分量引入双向开关20，并通过双向开关20导通零序短路电流，通过双向开关20承受故障电流，在满足变压器以中性点接地方式运行的基础上，有助于电力系统与大地直流分量隔绝。

现有技术中，当电力系统中同时出现大地直流分量过限和接地短路故障的问题时，通过控制隔直装置中并联的可控硅晶闸管和旁路开关来控制变压器的中性点是否接地。现有技术的隔直装置中可控硅晶闸管的通态平均电流较低，承受大电流的能力较弱，其作用仅是在旁路开关未来得及合上时短暂地导通故障电流，在旁路开关合上以后，变压器中性点直接通过旁路开关所在支路接地。现有技术中的变压器中性点接地方式，无法隔绝电力系统与大地直流分量隔绝，而大地较大的直流分量通过中性点流入交流系统，短时间内可能造成变压器或线路零序保护的拒动或误动，对变压器造成了不良影响，危及了电力系统的安全运行。本发明实施例的技术方案，当电力系统中同时出现大地直流分量过限和接地短路故障的问题时，避免了现有技术中将变压器中性点直接通过旁路开关所在支路接地这一做法，通过隔直装置中的控制器40控制旁路开关30关断，并控制双向开关20导通，以使变压器200中性点O通过双向开关20所在支路接地，将大地的直流分量引入双向开关20，并通过双向开关20导通零序短路电流，通过导流性能强的双向开关20承受故障电流。本发明实施例的技术方案，缓解了现有技术无法在变压器在中性点流过较大零序电流的情况下隔绝大地直流分量的问题，有助于使变压器在有效导通较大零序电流的同时，有效隔离大地的直流分量。

实施例二

图2是本发明实施例提供的一种隔直装置的电路结构示意图，图2可看做是图1所示隔直装置的一种具体化电路结构。如图2所示，可选地，该隔直装置100还包括中性点刀闸50，中性点刀闸50用于控制变压器200中性点O与隔直装置的连接。在上述技术方案的基础上，可选地，该隔直装置100还包括电容器C，电量检测模块10包括直流电压互感器11、直流电流互感器12和交流电流互感器13；电容器C连接在变压器200中性点O和接地点G之间的一条支路上；直流电压互感器11与电容器C并联，直流电流互感器12和交流电流互感器13串联在电容器C与接地点G之间；电容器C用于隔绝变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量，并导通变压器200中性点O和接地点G之间的交流电量；直流电压互感器11用于检测电容器C的直流电压，直流电流互感器12用于检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电流，交流电流互感器13用于检测变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流；控制器40用于在直流电压互感器11检测到电容器C的直流电压超过设定直流电压或直流电流互感器12检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电流超过设定直流电流，并且交流电流互感器13检测到变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流超过设定交流电流时，控制旁路开关30关断，并控制双向开关20导通，以使变压器200中性点O通过双向开关20所在支路接地。

参考图2，具体地，电容器C能够起到隔绝变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量的作用，直流电压互感器11可以实时检测电容器C的直流电压，当直流电压互感器11检测到电容器C的直流电压超过设定直流电压时，说明电力系统中的大地直流分量过限，电容器C具有隔绝直流电量的作用，可以通过电容器C隔绝电力系统与大地直流分量，防止大地直流分量对电力系统产生不良影响。当直流电压互感器11检测到电容器C的直流电压超过设定直流电压，或直流电流互感器12检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电流超过设定直流电流，说明电力系统中的大地直流分量过限，与此同时，若交流电流互感器13检测到变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流超过设定交流电流时，说明电力系统中存在接地短路故障，可以通过控制器40控制旁路开关30关断，并控制双向开关20导通，以使变压器200中性点O通过双向开关20所在支路接地，将大地的直流分量引入双向开关20，并通过双向开关20导通零序短路电流，在满足变压器以中性点接地方式运行的基础上，隔绝电力系统与大地直流分量。其中，设定直流电流和设定交流电流的具体数值可以依据变压器200所在电力系统的参数设置。

继续参考图2，可选地，控制器40根据变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流的周期，以及电容器C的直流电压控制双向开关20的导通时刻。示例性地，可以设置当双向开关20的两端施加有正向电压，且其控制端有脉冲波形输入时，双向开关20可以导通，而当流过双向开关20的电流为零时，双向开关20关断。可以通过控制器40向双向开关20的控制端输出脉冲波形控制双向开关20的导通，并通过控制器40设置脉冲波形在一个周期中到来的时刻，来控制双向开关20的导通时刻。本实施例设置控制器40根据变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流的周期，以及电容器C的直流电压控制双向开关20的导通时刻，以在电力系统中同时出现大地直流分量过限和接地短路故障的问题时，有助于双向开关20导通零序短路电流，并抵消部分大地直流分量，具体原理如下所述：

示例性地，直流电压互感器11检测的电容器C的直流电压为U₁，交流电流互感器13检测到的变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流为I₂。图3是本发明实施例提供的一种直流电压的波形示意图，具体可以为图2所示隔直装置100中电容器C的直流电压U₁的波形示意图；图4是本发明实施例提供的一种交流电流的波形示意图，具体可以为图2所示隔直装置100中交流电流互感器13检测到的交流电流I₂的波形示意图；图5是本发明实施例提供的另一种交流电流的波形示意图，具体可以为电力系统中同时出现大地直流分量过限和接地短路故障的问题时，图2所示隔直装置100中流过的总电流的波形示意图；图6是本发明实施例提供的另一种交流电流的波形示意图，具体可以为电力系统中同时出现大地直流分量过限和接地短路故障的问题，且控制双向开关20的导通时刻后，隔直装置100中流过的总电流的波形示意图。

结合图2-图6，示例性地，电力系统中同时出现大地直流分量过限和接地短路故障的问题时，假设旁路开关30处于关断状态，与电容器C并联的直流电压互感器11会检测到一定的直流电压U₁(如图3所示)，由于电力系统接地短路后的零序电压为工频(例如50Hz)交流分量，直流电压互感器11无法检测相应的交流电压数值。若此时控制旁路开关30闭合，直流电压U₁将立即转化为直流电流分量，即直流电流I₁(如图5中的虚线部分所示)，直流电压U₁与直流电流I₁存在线性关系，例如I₁＝K_i*U₁。由于交流电流互感器13具有隔直功能，所以只能检测到工频的接地短路零序电流(如图4中的交流电流I₂所示)。此时若控制旁路开关30闭合，流过隔直装置100的总电流I(如图5所示)为直流电流I₁与交流电流I₂的叠加。双向开关20的导通可以通过控制器40输出至其控制端的脉冲波形来控制，当脉冲波形到来，且双向开关20两端施加有正向电压时，双向开关20导通。电力系统中同时出现大地直流分量过限和接地短路故障的问题时，可以控制双向开关20导通，并控制旁路开关30关断，通过双向开关20承受流过隔直装置100的总电流I。

如图5所示，此时总电流I的波形中，正半周电流波形与负半周电流波形不平衡，则代表大地直流电量可能侵入电力系统，因而设置控制器40根据变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流I₂的周期，以及电容器C的直流电压U₁控制双向开关20的导通时刻，也即通过控制双向开关20的导通角α(如图6所示)，来抵消总电流I的波形中正半周电流波形与负半周电流波形不平衡，从而抵消部分大地直流分量。具体地，设置双向开关20的导通角α，根据面积等效原理，使得图6所示总电流I波形中，正半周电流波形阴影部分面积与负半周电流波形阴影部分面积尽可能相等，以保证二者平衡，从而抵消部分大地直流分量；还需使得图6所示总电流I波形中阴影部分的面积之和与图4所示交流电流I₂波形中阴影部分的面积之和尽可能相等，由于交流电流I₂为系统发生接地故障时产生的零序电流，零序电流是判断系统是否故障的重要依据，这样设置能够尽可能地保证变压器200中性点O能够导通完整的零序电流。综上，即通过设置双向开关20的导通角α，以保证图6中S1区域的面积与S2区域的面积之和近似等于S2区域的面积与S4区域的面积之和，即S1+S2≈S2+S4，S1≈S4。直流电流I₁越小，为保证图6所示总电流I波形中，正半周电流波形阴影部分面积与图4所示交流电流I₂波形中正半周电流波形阴影部分面积近似相等，双向开关20的导通角α就可以设置得越小，可以发现双向开关20的导通角α的大小与直流电流I₁的大小存在正相关关系，例如α＝K_α*I₁，又因为上文中推出I₁＝K_i*U₁，因此α＝K_α*I₁＝K_α*K_i*U₁，即可以通过控制器40根据电容器C的直流电压U₁控制双向开关20的导通时刻，并结合交流电流I₂的周期设置双向开关20导通的周期。本实施例的技术方案，既能保证变压器中性点接地运行的实现，又能使得变压器中性点导通所有零序电流且不受大地直流电流的影响，有助于电力系统的稳定运行。

参考图2，可选地，控制器40还用于在直流电压互感器11检测到电容器C的直流电压未超过设定直流电压，并且交流电流互感器13检测到变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流未超过设定交流电流时，控制旁路开关30闭合；在直流电流互感器12检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电流超过设定直流电流，并且交流电流互感器13检测到变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流未超过设定交流电流时，控制旁路开关30关断。示例性地，当直流电压互感器11检测到电容器C的直流电压未超过设定直流电压时，并且交流电流互感器13检测到变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流未超过设定交流电流时，说明当前电力系统中既不存在大地直流分量过限问题，也不存在接地短路故障问题，可以通过控制器40控制旁路开关30闭合，以使变压器200中性点O通过旁路开关30所在支路正常接地运行。当直流电流互感器12检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电流超过设定直流电流，并且交流电流互感器13检测到变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流未超过设定交流电流时，说明当前电力系统中存在大地直流分量过限问题，也存在接地短路故障问题，但零序短路电流未过限，由于电容器C具有隔直通交的作用，可以通过控制器40控制旁路开关30关断，通过电容器C隔绝电力系统与大地直流分量，并导通交流形式的零序短路电流，使变压器200中性点O接地运行，并防止大地直流分量对电力系统产生不良影响。

继续参考图2，可选地，双向开关20包括第一开关T1和第二开关T2，第一开关T1和第二开关T2反并联在变压器200中性点O和接地点G之间，第二开关T2的第一端作为双向开关20的控制端与控制器40电连接；第一开关T1和第二开关T2的通态平均电流大于设定电流值；第一开关T1和第二开关T2构成电力双向晶闸管，或者第一开关T1和第二开关T2均为电力场效应晶闸管和门极可关断晶闸管中的任一种。示例性地，第一开关T1和第二开关T2均为半控型晶闸管，由于双向开关20需要承受交流电流，因而设置其可通过第一开关T1和第二开关T2双向导通。例如可以通过控制器40输出脉冲波形至双向开关20的控制端，当双向开关20两端施加有正向电压，并且双向开关20控制端输入的脉冲波形到来时，控制双向开关20中第一开关T1和第二开关T2的导通，例如根据双向开关20的导通角α与直流电压U₁之间的关系α＝K_α*K_i*U₁，来设置脉冲波形在一个周期中到来的时刻，从而使变压器中性点导通所有零序电流且不受大地直流电流的影响。由于电力双向晶闸管、电力场效应晶闸管和门极可关断晶闸管的通态平均电流较大，具有较强的承受大电流的能力，设置第一开关T1和第二开关T2构成电力双向晶闸管，或者第一开关T1和第二开关T2均为电力场效应晶闸管和门极可关断晶闸管中的任一种，能够在系统中同时出现大地直流分量过限并且交流故障电流过限时，保证第一开关T1和第二开关T2构成的双向开关20取代电容器C导通交流接地故障的短路电流，既满足交流系统对接地点的要求，又能使交流系统与大地直流分量隔绝。

实施例三

图7是本发明实施例提供的一种隔直装置的控制方法的流程示意图，本实施例可适用于控制隔直装置使变压器中性点接地的情况，该方法可以由本发明上述实施例所提供的隔直装置中的控制器来执行，参考图1，该隔直装置100包括：电量检测模块10，连接在变压器200中性点O和接地点G之间的一条支路上，用于检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量和交流电量；双向开关20，连接在变压器200中性点O和接地点G之间的一条支路上，双向开关20的通态平均电流大于设定电流值，双向开关20用于导通或断开变压器200中性点O和接地点G之间的支路；旁路开关30，连接在变压器200中性点O和接地点G之间的一条支路上，旁路开关30用于导通或断开变压器200中性点O和接地点G之间的支路；控制器40，与电量检测模块10、双向开关20和旁路开关30电连接。

参考图7，隔直装置的控制方法具体包括：

S110、电量检测模块检测变压器中性点和接地点之间的直流电量。

S120、电量检测模块检测变压器中性点和接地点之间的交流电量。

参考图1，对本发明实施例提供的隔直装置的控制方法进行说明。具体地，电量检测模块10可以检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量和交流电量，例如电量检测模块10可以检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电压、交流电压、直流电流和交流电流的大小，并将检测到的直流电量值和/或交流电量值以信号的形式传输至控制器40，以使控制器40根据变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量值和设定直流阈值之间的数值关系判定大地直流分量是否过限，并使使控制器40根据变压器200中性点O和接地点G之间的交流电量值和设定交流阈值之间的数值关系判定系统是否出现接地短路故障。

S130、在电量检测模块检测到变压器中性点和接地点之间的直流电量超过设定直流阈值，且交流电量超过设定交流阈值时，通过控制器控制旁路开关关断，并控制双向开关导通，以使变压器中性点通过双向开关所在支路接地。

继续参考图1，当电量检测模块10检测到变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量超过设定直流阈值时，说明电力系统中存在大地直流分量过限的问题，当电量检测模块10检测到变压器200中性点O和接地点G之间的交流电量超过设定交流阈值时，说明电力系统中存在接地短路故障，变压器200中性点O上有零序短路电流流过。此时可以通过控制器40控制旁路开关30关断，并控制双向开关20导通，以使变压器200中性点O通过双向开关20所在支路接地。由于双向开关20的通态平均电流较大，具有较强的承受大电流的能力，使变压器200中性点O通过双向开关20所在支路接地，能够将大地的直流分量引入双向开关20，并通过双向开关20导通零序短路电流，通过双向开关20承受故障电流，在满足变压器以中性点接地方式运行的基础上，有助于电力系统与大地直流分量隔绝。

本发明实施例的技术方案，当电力系统中同时出现大地直流分量过限和接地短路故障的问题时，通过隔直装置中的控制器控制旁路开关关断，并控制双向开关导通，以使变压器中性点通过双向开关所在支路接地，将大地的直流分量引入双向开关，并通过双向开关导通零序短路电流，通过导流性能强的双向开关承受故障电流。本发明的技术方案，避免了现有技术中将变压器中性点直接通过旁路开关所在支路接地这一做法，缓解了现有技术无法在变压器在中性点流过较大零序电流的情况下隔绝大地直流分量的问题，有助于使变压器在有效导通较大零序电流的同时，有效隔离大地的直流分量。

实施例四

在上述方案的基础上，参考图2，可选地，隔直装置100还包括：电容器C，连接在变压器200中性点O和接地点G之间的一条支路上，用于隔绝变压器200中性点O和接地点G之间的直流电量，并导通变压器200中性点O和接地点G之间的交流电量；电量检测模块10包括直流电压互感器11、直流电流互感器12和交流电流互感器13，直流电压互感器11与电容器C并联，直流电流互感器12和交流电流互感器13串联在电容器C与接地点G之间，直流电压互感器11用于检测电容器C的直流电压，直流电流互感器12用于检测变压器200中性点O和接地点G之间的直流电流，交流电流互感器13用于检测变压器200中性点O和接地点G之间的交流电流。

相应地，本发明实施例所提供的隔直装置的控制方法具体包括：

在直流电压互感器检测到电容器的直流电压超过设定直流电压或直流电流互感器检测变压器中性点和接地点之间的直流电流超过设定直流电流，并且交流电流互感器检测到变压器中性点和接地点之间的交流电流超过设定交流电流时，通过控制器控制旁路开关关断，并控制双向开关导通，以使变压器中性点通过双向开关所在支路接地。

可选地，控制器根据变压器中性点和接地点之间的交流电流的周期，以及电容器的直流电压控制双向开关的导通时刻。

可选地，隔直装置的控制方法还包括：

在直流电压互感器检测到电容器的直流电压未超过设定直流电压，并且交流电流互感器检测到变压器中性点和接地点之间的交流电流未超过设定交流电流时，通过控制器控制旁路开关闭合；

在直流电流互感器检测变压器中性点和接地点之间的直流电流超过设定直流电流，并且交流电流互感器检测到变压器中性点和接地点之间的交流电流未超过设定交流电流时，通过控制器控制旁路开关关断。

参考图2，可选地，双向开关20包括第一开关T1和第二开关T2，第一开关T1和第二开关T2反并联在变压器200中性点O和接地点G之间，第二开关T2的第一端作为双向开关20的控制端与控制器40电连接；第一开关T1和第二开关T2的通态平均电流大于设定电流值；第一开关T1和第二开关T2构成电力双向晶闸管，或者第一开关T1和第二开关T2均为电力场效应晶闸管和门极可关断晶闸管中的任一种。

本发明实施例所提供的隔直装置的控制方法可控制本发明任意实施例所提供的隔直装置，具备隔直装置相应的有益效果，这里不再赘述。

实施例五

图8是本发明实施例提供的另一种隔直装置的控制方法的流程示意图，该方法可以由本发明上述实施例所提供的隔直装置来执行，如图8所示，该控制方法具体包括：

S210、检测系统中的大地直流电流，并判断大地直流电流是否过限。

若大地直流电流未过限，则执行S220；若大地直流电流过限，则执行S230。

参考图2，示例性地，可以通过控制器40控制直流电流互感器12检测系统中的大地直流电流，并通过控制器40判断大地直流电流是否过限。

S220、闭合隔直装置的旁路开关。

S230、断开隔直装置的旁路开关。

参考图2，具体地，若大地直流电流未过限，则说明变压器200所在的电力系统目前正常运行，可以通过控制器40控制隔直装置100的旁路开关30闭合，以使变压器200的中性点O通过旁路开关30所在支路接地运行；若大地直流电流过限，则大地直流电流可能会侵入变压器200所在的电力系统，影响变压器200的正常工作，可以通过控制器40控制隔直装置100的旁路开关30断开，以使电容器C隔绝大地直流电流，从而避免大地直流电流侵入变压器200所在的电力系统。

S240、判断系统是否出现接地故障。

若系统出现接地故障，则执行S250；若系统未出现接地故障，则返回执行S210。

参考图2，可以通过控制器40控制交流电流互感器13检测隔直装置100的交流电流，根据隔直装置100的交流电流来判断系统是否出现接地故障。

S250、判断隔直装置的交流电流是否超过设定交流电流。

若隔直装置的交流电流未超过设定交流电流，则执行S260；若隔直装置的交流电流超过设定交流电流，则执行S270。

S260、断开隔直装置的旁路开关，通过电容器导通零序短路电流。

S270、导通隔直装置的双向开关，并断开隔直装置的旁路开关。

参考图2，示例性地，若隔直装置的交流电流未超过设定交流电流，则可以通过控制器40控制隔直装置100的旁路开关30断开，以使电容器C隔绝大地直流电流，并导通接地故障产生的零序短路电流，使变压器200中性点O接地运行，并防止大地直流分量对电力系统产生不良影响。若隔直装置的交流电流超过设定交流电流，则可以通过控制器40控制隔直装置100的双向开关20导通，并控制旁路开关30断开，以使双向开关20导通系统中的故障电流，避免闭合旁路开关30所带来的直流分量对电力系统产生影响。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种隔直装置，其特征在于，包括：

电量检测模块，连接在变压器中性点和接地点之间，用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量和交流电量；

双向开关，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，所述双向开关的通态平均电流大于设定电流值，所述双向开关用于导通或断开所述变压器中性点和所述接地点之间的支路；

旁路开关，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，所述旁路开关用于导通或断开所述变压器中性点和所述接地点之间的支路；

控制器，与所述电量检测模块、所述双向开关和所述旁路开关电连接，所述控制器用于在所述电量检测模块检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量超过设定直流阈值，且交流电量超过设定交流阈值时，控制所述旁路开关关断，并控制所述双向开关导通，以使所述变压器中性点通过所述双向开关所在支路接地；

电容器，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，用于隔绝所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量，并导通所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电量；

所述电量检测模块包括直流电压互感器、直流电流互感器和交流电流互感器，所述直流电压互感器与所述电容器并联，所述直流电流互感器和所述交流电流互感器串联在所述电容器与所述接地点之间，所述直流电压互感器用于检测所述电容器的直流电压，所述直流电流互感器用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流，所述交流电流互感器用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流；

所述控制器还用于在所述直流电压互感器检测到所述电容器的直流电压超过设定直流电压或所述直流电流互感器检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流超过设定直流电流，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流超过设定交流电流时，控制所述旁路开关关断，并控制所述双向开关导通，以使所述变压器中性点通过所述双向开关所在支路接地；

所述控制器根据所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流的周期，以及所述电容器的直流电压控制所述双向开关的导通时刻，包括：当所述双向开关的两端施加有正向电压，且其控制端有脉冲波形输入时，所述双向开关导通；当流过所述双向开关的电流为零时，所述双向开关关断；通过所述控制器向所述双向开关的控制端输出脉冲波形，以控制所述双向开关的导通，并通过所述控制器设置所述脉冲波形在一个周期中到来的时刻，以控制所述双向开关的导通时刻。

2.根据权利要求1所述的隔直装置，其特征在于，所述控制器还用于在所述直流电压互感器检测到所述电容器的直流电压未超过设定直流电压，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流未超过设定交流电流时，控制所述旁路开关闭合；在所述直流电流互感器检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流超过设定直流电流，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流未超过设定交流电流时，控制所述旁路开关关断。

3.根据权利要求1所述的隔直装置，其特征在于，所述双向开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关反并联在所述变压器中性点和所述接地点之间，所述第二开关的第一端作为所述双向开关的控制端与所述控制器电连接；

所述第一开关和所述第二开关的通态平均电流大于设定电流值；所述第一开关和所述第二开关构成电力双向晶闸管，或者所述第一开关和所述第二开关均为电力场效应晶闸管和门极可关断晶闸管中的任一种。

4.一种隔直装置的控制方法，其特征在于，所述隔直装置包括：电量检测模块，连接在变压器中性点和接地点之间，用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量和交流电量；双向开关，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，所述双向开关的通态平均电流大于设定电流值，所述双向开关用于导通或断开所述变压器中性点和所述接地点之间的支路；旁路开关，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，所述旁路开关用于导通或断开所述变压器中性点和所述接地点之间的支路；控制器，与所述电量检测模块、所述双向开关和所述旁路开关电连接；

所述控制方法包括：

在所述电量检测模块检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量超过设定直流阈值，且交流电量超过设定交流阈值时，通过所述控制器控制所述旁路开关关断，并控制所述双向开关导通，以使所述变压器中性点通过所述双向开关所在支路接地；

其中，所述隔直装置还包括：电容器，连接在变压器中性点和接地点之间的一条支路上，用于隔绝所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电量，并导通所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电量；所述电量检测模块包括直流电压互感器、直流电流互感器和交流电流互感器，所述直流电压互感器与所述电容器并联，所述直流电流互感器和所述交流电流互感器串联在所述电容器与所述接地点之间，所述直流电压互感器用于检测所述电容器的直流电压，所述直流电流互感器用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流，所述交流电流互感器用于检测所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流；

所述控制方法还包括：

在所述直流电压互感器检测到所述电容器的直流电压超过设定直流电压或所述直流电流互感器检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流超过设定直流电流，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流超过设定交流电流时，通过所述控制器控制所述旁路开关关断，并控制所述双向开关导通，以使所述变压器中性点通过所述双向开关所在支路接地；

所述控制器根据所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流的周期，以及所述电容器的直流电压控制所述双向开关的导通时刻，包括：当所述双向开关的两端施加有正向电压，且其控制端有脉冲波形输入时，所述双向开关导通；当流过所述双向开关的电流为零时，所述双向开关关断；通过所述控制器向所述双向开关的控制端输出脉冲波形，以控制所述双向开关的导通，并通过所述控制器设置所述脉冲波形在一个周期中到来的时刻，以控制所述双向开关的导通时刻。

5.根据权利要求4所述的隔直装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在所述直流电压互感器检测到所述电容器的直流电压未超过设定直流电压，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流未超过设定交流电流时，通过所述控制器控制所述旁路开关闭合；

在所述直流电流互感器检测所述变压器中性点和所述接地点之间的直流电流超过设定直流电流，并且所述交流电流互感器检测到所述变压器中性点和所述接地点之间的交流电流未超过设定交流电流时，通过所述控制器控制所述旁路开关关断。

6.根据权利要求4所述的隔直装置的控制方法，其特征在于，所述双向开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关反并联在所述变压器中性点和所述接地点之间，所述第二开关的第一端作为所述双向开关的控制端与所述控制器电连接；

所述第一开关和所述第二开关的通态平均电流大于设定电流值；所述第一开关和所述第二开关构成电力双向晶闸管，或者所述第一开关和所述第二开关均为电力场效应晶闸管和门极可关断晶闸管中的任一种。

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