CN203368041U

CN203368041U - 一种在线检测自励式mcr中励磁控制晶闸管状态的装置

Info

Publication number: CN203368041U
Application number: CN 201320420984
Authority: CN
Inventors: 王宏英; 梅震; 彭健怀; 李新初; 罗运成
Original assignee: HUBEI SANHUAN DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: HUBEI SANHUAN DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2023-07-16

Abstract

本实用新型公开了一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置，包括低压检测模块、与被测晶闸管串联的自励电缆；套设在自励电缆上且用于将自励电缆中的电流产生的电磁信号转换成电信号的电磁检测模块；电磁检测模块与低压检测模块连接。本实用新型用低成本实现了信号提取电路高压、超高压隔离。解决了自励式MCR在高压超高压电网中应用的瓶颈，可以充分发挥MCR直挂高压、超高压电网的优点和长处。结构简单、调试方便、工作稳定可靠。

Description

一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体涉及一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置，适用于自励式MCR即无功补偿。

背景技术

近年来，新型磁控电抗器（MCR）以其优良的综合性能受到了国内外专家的高度重视并得到了广泛的应用。随着工业现代化的快速发展，高压电、大功率和超大功率的电机在电力、冶金及金属轧制传动、电力机车、煤矿、石化等行业中得到了日益广泛的应用。这一类负载都会给电网造成极大的有功和无功冲击，使电网电压不稳定，产生的无功和谐波危害电网的安全及运行可靠性。所以，必须大量使用各类装置来补偿无功、抑制谐波并调节稳定电压。静态无功补偿装置SVC是最常用的无功补偿和电压调整的装置之一，也是现代柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission Systems FACTS）的重要装置之一。SVC的核心部分是由晶闸管阀串控制的空芯电抗器TCR或磁控电抗器MCR，而磁控电抗器MCR是一项比TCR综合性能更优的设备和技术。其显著优点是稳定、可靠、可连续平滑调节无功、控制灵活、动态性能好、成本较低、寿命长、维护管理简便，特别是MCR直挂电网的电压等级可以大大高于TCR。

磁控电抗器MCR是基于磁放大器原理来工作的，它是一种交直流同时磁化的可控饱和度的铁芯电抗器，通过极小的直流磁化功率（约0.1%-0.5%的额定功率）来控制其铁芯的工作点（即饱和度）。MCR按照其励磁控制方式来分，可分为自励式和它励式两大类，由于自励式MCR具有结构简单、成本低、控制灵活、调控性能好等一系列优点，得到了广泛的应用。

励磁控制晶闸管是自励式MCR的关键器件，通过控制晶闸管的导通角来控制MCR铁芯的饱和度，从而控制其向电网注入感性电流的大小。对励磁控制晶闸管的状态进行在线实时检测是非常重要和必不可少的，它可以确保MCR的运行安全。

由于励磁控制晶闸管是直接连接在MCR工作的高压、超高压电网上，这给低压监控设备与励磁控制晶闸管之间带来必须解决高压、超高压隔离的麻烦。

常规的方法是在励磁控制晶闸管上并联分压电阻提取信号，检测电路通过光耦实施高压隔离并完成状态检测，见图4。

现有常规方法的致命缺点是受光耦隔离电压的限制，到目前为止，即便是高隔离电压等级的光耦，其能承受的最高隔离电压为5KV左右，这一类方法无法在6KV以上电压等级的MCR中应用，而MCR的最显著的优点是可以直挂高压、超高压电网，如直挂35KV、110KV、220KV甚至更高电压的电网。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置，利用电磁耦合原理或霍尔传感模块，可靠提取与两个晶闸管相连的一对自励电缆的电流信息，并且用低成本实现了高压、超高压隔离，从而完成实时在线监控两个晶闸管的工作状态。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置，包括低压检测模块，还包括

与被测晶闸管串联的自励电缆；

套设在自励电缆上且用于将自励电缆中的电流产生的电磁信号转换成电信号的电磁检测模块；

电磁检测模块与低压检测模块连接。

如上所述的电磁检测模块包括套设在自励电缆上的磁芯和缠绕在磁芯上的绕组，绕组与负载电阻并联，绕组与低压检测模块连接；

所述的自励电缆包括第一自励电缆和第二自励电缆，第一自励电缆与MCR中一相的一个晶闸管串联；第二自励电缆与MCR中同一相的另一个晶闸管串联。

如上所述的磁芯为一个且套设在第一自励电缆和第二自励电缆上。

如上所述的磁芯包括第一磁芯和第二磁芯，第一磁芯套设在第一自励电缆上，第二磁芯套设在第二自励电缆上。

如上所述的第一磁芯和第二磁芯上均开设有气隙。

如上所述的第一磁芯和第二磁芯并列靠拢放置，绕组将第一磁芯和第二磁芯靠拢部分缠绕在一起。

如上所述的自励电缆包括第一自励电缆和第二自励电缆，所述的电磁检测模块包括套设在第一自励电缆和第二自励电缆上的开口的磁芯，磁芯的开口处设置有霍尔传感模块，霍尔传感模块与低压检测模块连接。

本实用新型中出现的“低压”，是指220v/380v供电系统，而“高压”，则是装置使用的电网电压，常见的为6KV，10KV，35KV，110KV，220KV，330KV等等。

MCR为磁控电抗器(magnetic control reactor)。

自励电缆上承载的是磁控电抗器本身产生的直流励磁电流。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1、用低成本实现了信号提取电路高压、超高压隔离。

2、解决了自励式MCR在高压超高压电网中应用的瓶颈，可以充分发挥MCR直挂高压、超高压电网的优点和长处。

3、结构简单、调试方便、工作稳定可靠。

附图说明

图1为自励式MCR中的一相电磁结构示意图；

图2为自励式MCR中的交流电抗绕组与自耦直流激磁绕组及励磁控制晶闸管工作原理示意图（正半波）；

图3为自励式MCR中的交流电抗绕组与自耦直流激磁绕组及励磁控制晶闸管工作原理示意图（负半波）；

图4为一种已公开的常规晶闸管状态检测电路示意图；

图5为本实用新型的第一种实施例的原理示意图；

图6为本实用新型的晶闸管工作电流波形图；

图7 为本实用新型的第二种实施例的原理示意图；

图8为本实用新型的第三种实施例的原理示意图；

图9为本实用新型的第四种实施例的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步详细描述。

图1所示为自励式MCR中的一相电磁结构示意图，图2~图3为自励式MCR中的交流电抗绕组与自耦直流激磁绕组及励磁控制晶闸管工作原理示意图（正半波和负半波），如图所示，当自励式MCR接入高压电网后，通过在不同半波同步移相触发两个控制晶闸管T1及T2 ，正半波时，T1 导通，负半波时T2 导通，通过T1及T2 的励磁电流波形如图6所示。不管是正半波还是负半波，由自励绕组与T1及T2 产生的励磁控制电流ik 的方向是不变的，通过控制T1及T2 导通角可以控制ik 的大小，从而达到控制MCR向电网注入无功电流的目的。

T1及T2 的工作状态检测可以通过对其正常工作时的工作电流的检测来完成。在正常工作是，T1及T2 中流过的电流i1、i2为交替导通的正半波正弦电流。

本实用新型的第一种实施例，如图5所示，随着T1及T2 触发控制角度的调整，半波正弦电流的脉宽可在工频基波的00-1800 之间变化。电流i1、i2 通过磁耦合，在铁芯的绕组上感生电流i1 /N，i2 /N，N为绕组的匝数，电流i1 /N，i2 /N在与绕组相连的负载电阻R0 上产生电压，如图6所示，通过低压检测电路来检测这个电压，从而可以判断两个控制晶闸管T1及T2 的工作状态是否正常。在组成情况下，电流i1、i2 是对称的，不会对磁芯造成单向磁化。

本实用新型的第二实施例：如图7所示，包括两个独立的开口磁芯、分别绕在两个磁芯上的绕组、分别与两个绕组相连的负载电阻R1及R2和低压检测电路、分别穿过两个磁芯且分别与两个控制晶闸管T1及T2串联的第一自励电缆DL1及第二自励电缆DL2。第一自励电缆DL1及第二自励电缆DL2中的电流方向相反。考虑到MCR的结构特征，将分别与两个控制晶闸管T1及T2串联的第一自励电缆DL1及第二自励电缆DL2 穿过同一个磁芯会造成工程实施上的困难，将第一自励电缆DL1穿过第一磁芯，将第二自励电缆DL2穿过第二磁芯，分别在两个磁芯的绕组上感生的电流i1 /N，i2 /N，可以分别在负载电阻R1、R2产生电压，同样可以采用低压检测电路来判断两个控制晶闸管T1及T2 的工作状态是否正常。由于两个磁芯将承受单相磁化，可以在两个磁芯上开有气隙，防止磁芯饱和。

本实用新型的第三施例：如图8所示，包括两个相邻的第一磁芯和第二磁芯、缠绕在两个磁芯相邻处的公共的绕组、与公共的绕组相连的负载电阻R0 和低压检测电路、分别穿过两个相邻磁芯且分别与两个控制晶闸管T1及T2串联的第一自励电缆DL1及第二自励电缆DL2。两条高压电缆中的电流方向相同。这一方案适用于在某些现场安装条件下，不便于将电缆折弯，以使第一自励电缆DL1及第二自励电缆DL2 上流过的电流相反的场合。如图8所示，在第一自励电缆DL1及第二自励电缆DL2上交替流过的大小相等，方向相同的电流，会在公共的绕组上感应出大小相等、方向相反的电压和电流，检测此电流在低压负载电阻上的压降即可判断出晶闸管T1及T2 的工作状态。此外，公共绕组上的反向电流，能完成两个磁芯的磁复位。

本实用新型的第四实施例：如图9所示，包括磁芯、设置在磁环气隙内（开口处）的霍尔传感模块、与霍尔传感模块相连的低压检测电路和穿过磁芯的分别与两个控制晶闸管T1及T2相串联的第一自励电缆DL1及第二检测DL2组成。穿过磁芯的第一自励电缆DL1及第二自励电缆DL2中的电流方向相反。如图9所示，本方案在磁芯上开有气隙，在气隙中放置了霍尔传感模块H，利用霍尔传感模块测量磁芯磁路中的磁场强度，霍尔传感模块的输出电压和磁路磁场强度成比例，而磁路磁场强度和晶闸管的导通电流成比例，因此霍尔传感模块H的输出电压可以反映出晶闸管T1及T2的导通状态。

负载电阻R0还可以串联了一对反向并联的二极管。反向并联的二极管的接入可以改善小电流检测的灵敏度、扩展电流检测的动态范围。

在本实用新型的各个实施方案中，都只需要解决第一自励电缆DL1及第二自励电缆DL2与磁芯及绕组之间的绝缘问题，这在工程中较易解决。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置，包括低压检测模块，其特征在于，还包括

与被测晶闸管串联的自励电缆；

电磁检测模块与低压检测模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置，其特征在于，

所述的电磁检测模块包括套设在自励电缆上的磁芯和缠绕在磁芯上的绕组，绕组与负载电阻并联，绕组与低压检测模块连接；

3.根据权利要求2所述的一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置，其特征在于，磁芯为一个且套设在第一自励电缆和第二自励电缆上。

4.根据权利要求2所述的一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置，其特征在于，所述的磁芯包括第一磁芯和第二磁芯，第一磁芯套设在第一自励电缆上，第二磁芯套设在第二自励电缆上。

5.根据权利要求4所述的一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置，其特征在于，所述的第一磁芯和第二磁芯上均开设有气隙。

6.根据权利要求4所述的一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置，其特征在于，所述的第一磁芯和第二磁芯并列靠拢放置，绕组将第一磁芯和第二磁芯靠拢部分缠绕在一起。

7.根据权利要求1所述的一种在线检测自励式MCR中励磁控制晶闸管状态的装置，其特征在于，所述的自励电缆包括第一自励电缆和第二自励电缆，所述的电磁检测模块包括套设在第一自励电缆和第二自励电缆上的开口的磁芯，磁芯的开口处设置有霍尔传感模块，霍尔传感模块与低压检测模块连接。