一种抑制交流变压器中性点直流电流的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种抑制交流变压器中性点直流电流的装置，包括隔直电容器、旁路保护电路和控制电路；隔直电容器的一端连接至交流变压器中性点，隔直电容器的另一端接地；旁路保护电路包括n个旁路保护单元，依次并联在所述隔直电容器的两端；控制电路的正输入端连接至交流变压器中性点，控制电路的负输入端接地，控制电路的控制信号输出端连接至旁路保护电路的控制端，控制电路的输出端用于连接外部的交流系统。由于现有技术中机械开关本身重合闸时间长，动作次数有限导致整个装置寿命短、性能差；而本发明专利技术提供的装置省去了机械开关，提高了隔直装置寿命和性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统领域，具体是涉及到一种抑制交流变压器中性点直流电流的装置。该装置可以抑制直流电流通过交流变压器中性点流入电网，从而提高交流变压器以及电网的安全性与可靠性。
技术介绍
随着高压直流输电(HVDC)的大力发展，当直流系统采用单极大地回路或者双极不对称回路方式运行时，大地中产生的直流电流将会流入交流变压器中性点导致交流变压器产生直流偏磁。直流偏磁会使交流变压器产生振动、噪声加剧、温度升高、无功功率消耗和谐波增加等危害，同时谐波增加可能造成电力系统继电保护系统误动。因此关于交流变压器中性点流入直流电流而导致的直流偏磁问题的研究一直非常重视。目前抑制交流变压器直流偏磁方案大致分为三类。第一类是反向注入电流法，实施方案是在交流变压器中性点和大地之间加入可控电压源或者电流源，通过动态测量直流电流，实时提供反向的电流。但该方案由于工程量较大，建设价格和维护成本较高。第二类是中性点串联电阻法，实施方案是在交流变压器中性点和大地之间加入整定电阻，该方案原理简单，成本低。但也存在明显缺点，例如会对继电保护系统产生影响，当电网结构改变，电阻需要重新整定，且该方案只能减小直流电流不能消除。第三类是中性点串电容法，实施方案是在交流变压器中性点和大地之间加入电容器(简称隔直电容器)，该方案可以保证中性点有效的接地，但同时需要防止当交流系统故障时，巨大的短路电流流过中性点，在隔直电容器上产生高暂态电压会损坏隔直电容器，同时抬高交流变压器中性点点位可能损坏交流变压器。三类抑制直流电流的方法各有优缺点。综合考虑抑制效果和成本以及维护等因素，第三类是中性点串电容法应用范围广。HVDC单极大地运行情况，一般是在其系统调试、运行初期或故障情况下才出现，因此出现的频率不是很高，故正常情况下隔直装置的隔直电容器可以不投入。当检测到交流变压器中性点含有直流电流时自动投入隔直电容器，投入后如果交流系统同时发生不对称故障，则隔直装置中电容器保护装置动作，隔离隔直电容器。待故障电流消失后，旁路保护装置退出，隔直电容器重新投入运行。为了快速保护，一般采用高压大功率电力电子开关器件作为第一时间旁路元件，同时机械开关作为主要和后续旁路元件，这样成本低可靠性高。在目前的中国大中城市中，地铁等轨道交通因为运输能力强、快捷准点等优点得到了大力的发展，当前绝大部分的地铁交通都采用直流牵引双边供电方式。在地铁运行过程中，地铁牵引变电所通过架空接触网向地铁沿线运输电能，机车通过受电弓(集电靴)与架空接触网(接触轨)滑动接触而获得电能，再经由与机车接触的走行轨道回流至地铁牵引变电所。由于轨道与大地之间难以做到完全绝缘，因此牵引负荷电流并非全部沿电流机车的走行轨道返回地铁牵引变电所，而必定有一部分电流在钢轨和大地绝缘较差的地方泄露流入大地，形成杂散电流。随着城市中轨道交通的不断增加，杂散电流也会不断变大，也越来越复杂。当这部分杂散电流流入交流变压器中性点时，会导致隔直装置频繁动作，特别是隔直装置中含有机械开关时，会大大降低机械开关的寿命和性能。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种抑制交流变压器中性点直流电流的装置，旨在解决现有技术中机械开关本身重合闸时间长，动作次数有限导致整个装置寿命短、性能差的问题。本专利技术提供了一种抑制交流变压器中性点直流电流的装置，包括：隔直电容器、旁路保护电路和控制电路；所述隔直电容器的一端连接至交流变压器中性点，所述隔直电容器的另一端接地；所述旁路保护电路包括n个旁路保护单元，依次并联在所述隔直电容器的两端；所述控制电路的正输入端连接至所述交流变压器中性点，所述控制电路的负输入端接地，所述控制电路的控制信号输出端连接至所述旁路保护电路的控制端，所述控制电路的输出端用于连接外部的交流系统，其中，n为大于等于1的正整数。其中，交流变压器经隔直电容器接地可以有效抑制通过中性点流入交流变压器的直流电流。更进一步地，所述旁路保护单元包括：第一晶闸管SCR11，第二晶闸管SCR12和限流电抗；所述限流电抗的一端连接至所述交流变压器中性点，所述限流电抗的另一端连接至所述第一晶闸管SCR11的阳极和所述第二晶闸管SCR12的阴极；所述第一晶闸管SCR11的阴极和所述第二晶闸管SCR12的阳极均接地；所述第一晶闸管SCR11的控制极和所述第二晶闸管SCR12的控制极均连接至所述控制电路的控制信号输出端。更进一步地，所述控制电路包括：关断电路和开通电路；所述关断电路用于控制旁路保护单元终止保护动作，所述开通电路用于控制旁路保护单元开始保护动作。更进一步地，所述旁路保护单元包括：第一晶体管IGBT11、第二晶体管IGBT12、限流电抗和放电电阻；所述限流电抗的一端连接至所述交流变压器中性点，所述限流电抗的另一端连接至所述第一晶体管IGBT11的漏极，所述第一晶体管IGBT11的源极连接至所述第二晶体管IGBT12的源极，所述第二晶体管IGBT12的漏极接地，所述第一晶体管IGBT11的栅极和所述第二晶体管IGBT12的栅极均连接外部的控制信号；所述放电电阻的一端连接至所述第一晶体管IGBT11的漏极，所述放电电阻的另一端连接至所述第二晶体管IGBT12的漏极。更进一步地，所述放电电阻为非线性电阻，所述放电电阻的材料为ZnO或SiC。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于本专利技术装置省去机械开关(机械开关本身重合闸时间长，动作次数有限)，能够取得提高隔直装置寿命和性能的有益效果；同时还可以解决由HVDC单极大地运行造成的变压器中性点直流偏磁问题。附图说明图1是本专利技术第一实施例提供的抑制交流变压器中性点直流电流的装置的结构示意图；图2是本专利技术第一实施例提供的抑制交流变压器中性点直流电流的装置种控制电路的结构示意图；图3是本专利技术第二实施例提供的抑制交流变压器中性点直流电流的装置的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提出了一种新的交流变压器中性点隔直方案，既能适应HVDC单极大地运行情况，也可以适应该新情况，能更有效保护交流变压器。本专利技术提针对有地铁等大量轨道交通(杂散电流多)的城市地区(导致隔直装置频繁动作)提出的一套可行性较高的新型隔离装置，从而减少交流变压器中性点因直流偏磁而造成的危害。该装置由隔直电容器、旁路保护单元和控制电路构成，并针对电容器旁路保护单元提出了两种不同的拓扑结构。两种结构各有优缺点，应根据实际情况，在不同的场合选择更合适的拓扑结构。本专利技术主要针对的是城市中存在地铁等大量轨道交通(杂散电流多)的地区设计提出的一种新型交流变压器中性点直流电流抑制装置，可以抑制由直流系统产生的流入交流变压器中性点的直流电流，从而消除对交流变压器造成的直流偏磁危害。特别适合于由于杂散电流值较大且复杂从而导致交流变压器中性点隔直装置需要频繁快速动作的地区，例如轨道交通发达地区。该装置同样可适用于交流变压器中性点隔离由于高压直流输电以及地磁等引起的直流电流问题。本专利技术采用的抑制交流变压器中性点直流偏磁的方案为中性点串电容法，外加旁路保护电路，从而保护隔直电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制交流变压器中性点直流电流的装置，其特征在于，包括：隔直电容器、旁路保护电路和控制电路；所述隔直电容器的一端连接至交流变压器中性点，所述隔直电容器的另一端接地；所述旁路保护电路包括n个旁路保护单元，依次并联在所述隔直电容器的两端；所述控制电路的正输入端连接至所述交流变压器中性点，所述控制电路的负输入端接地，所述控制电路的控制信号输出端连接至所述旁路保护电路的控制端，所述控制电路的输出端用于连接外部的交流系统。

【技术特征摘要】
1.一种抑制交流变压器中性点直流电流的装置，其特征在于，包括：隔直电容器、旁路保护电路和控制电路；所述隔直电容器的一端连接至交流变压器中性点，所述隔直电容器的另一端接地；所述旁路保护电路包括n个旁路保护单元，依次并联在所述隔直电容器的两端；所述控制电路的正输入端连接至所述交流变压器中性点，所述控制电路的负输入端接地，所述控制电路的控制信号输出端连接至所述旁路保护电路的控制端，所述控制电路的输出端用于连接外部的交流系统。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旁路保护单元包括：第一晶闸管SCR11，第二晶闸管SCR12和限流电抗；所述限流电抗的一端连接至所述交流变压器中性点，所述限流电抗的另一端连接至所述第一晶闸管SCR11的阳极和所述第二晶闸管SCR12的阴极；所述第一晶闸管SCR11的阴极和所述第二晶闸管SCR12的阳极均接地；所述第一晶闸管SCR11的控制极和所述第二晶闸管SCR12的控制极均连接至所述控制电路的控制信...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛承雄，王丹，田杰，陆继明，雷子淦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42