一种用于高压直流断路器的旁路保护装置及其保护方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于高压直流断路器的旁路保护装置及其保护方法，旁路保护装置包括晶闸管阀和桥式过压保护电路；所述桥式过压保护电路连接在晶闸管阀中反并联的晶闸管之间；在所述主支路每个H桥子模块的两端并联有所述晶闸管阀，本发明专利技术提供的旁路保护装置能够在断路器主支路闭锁异常时，防止由于子模块过电压而损坏，即将正反向压接的晶闸管并联于主支路子模块上，正常运行时由机械开关通流，在出现故障时，将主支路的电流转移至并联连接的电力电子器件支路中，然后由电力电子器件分断电流，当主支路发生过电压时，触发晶闸管，使得电流通过晶闸管形成通路，从而达到保护主支路的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直流断路器的保护装置及其保护方法，具体讲涉及一种用于高压直流断路器的旁路保护装置及其保护方法。
技术介绍
直流输电与交流输电相比具有很多优点，如线损低、传输容量大、传输距离远、不存在系统同步运行稳定性问题等，高压直流断路器是高压直流输电换流站中非常重要的电气一次设备，在系统出现故障或检修的情况下，直流断路器能够在不停电的情况下改变供电系统结构，保证系统的正常运行。高压直流断路器大体可以分为机械式高压直流断路器、全固态高压直流断路器与混合式高压直流断路器。机械式高压直流断路器虽然通态损耗小、带载能力强、运行稳定，但是它无法实时切除故障电流；全固态高压直流断路器虽然开断时间短，但是单管容量低，器件的通态损耗高。混合式高压直流断路器是目前断路器研发的主要发展方向,具有广阔的应用前景，它由机械式开关和电力电子器件并联构成，不仅具有电力电子器件良好的动态特性，还具有机械式开关良好的静态特性，另外，混合式高压直流断路器的开断时间短，工作时损耗很小。常规的旁路保护方法为在被保护设备两端并联避雷器，但是避雷器动作需要吸收回路电流，高压直流断路器的容量都很大，对避雷器的吸收能力提出了较高的影响。另外，由于断路器两端的电压只有数千伏，匹配如此低电压，且具有高能量吸收能力的避雷器较少，因而不是一种较为经济的保护方法。采用传统过电压保护器件BOD实现晶闸管的过电压保护，其保护动作可以在几微秒之内动作，为了实现在断路器的数毫秒内几千安培的电流变化率，而晶闸管的也可以在几微秒内开通时间。其动作特性速度快，由于断路器的双向动作特性，需要设计正反向并联的双向晶闸管以完成双向通流能力。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种用于高压直流断路器的旁路保护装置及其保护方法，旁路保护装置采用将正反向压接的晶闸管并联于高压直流断路器主支路子模块上，当主支路发生过电压时，触发晶闸管，使得电流通过晶闸管形成通路，从而达到保护主支路的目的。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种用于高压直流断路器的旁路保护装置，所述高压直流断路器包括直流母线、主支路，转移支路和泄放支路；所述主支路、转移支路和泄放支路并联后连接在直流母线上；其改进之处在于，所述旁路保护装置包括晶闸管阀和桥式过压保护电路；所述桥式过压保护电路连接在晶闸管阀中反并联的晶闸管之间；在所述主支路每个H桥子模块的两端并联有所述晶闸管阀。进一步地，所述桥式过电压保护电路为反并联的晶闸管提供过压保护，包括2个LCD电路、BOD桥式电路、2个限流电阻和2个门极稳压二极管；其中一个门极稳压二极管的两端分别与其中一个晶闸管的控制极和其中一个LCD电路中的电抗器连接；另一个门极稳压二极管的两端分别与另一个晶闸管的控制极和另一个LCD电路中的电容器连接；2个限流电阻均连接在LCD电路和BOD桥式电路之间；所述LCD电路用防止由于电压突然上升使BOD桥式电路意外导通，所述限流电阻用来限制门极电流；所述BOD桥式电路用于保护单个过电压保护元件BOD双向过压保护的目的，门极稳压二极管用于防止门极电压过高造成的损坏。但任意一个晶闸管正向电压导通超过过电压保护元件BOD动作保护值时，过电压保护元件BOD导通，产生门极电流开通晶闸管阀。进一步地，所述LCD电路包括并联的电抗器、电容器和二极管；所述BOD桥式电路由两个反串联的二极管支路并联组成，在两个反串联的二极管支路之间连接有过电压保护元件BOD；其中一个反串联的二极管支路中的两个二极管阳极相连；另一个反串联的二极管支路中的两个二极管阴极相连；所述门极稳压二极管由反串联的二极管组成，其中二极管阳极相连。进一步地，所述主支路由级联的H桥子模块串联机械开关构成，所述H桥子模块包括两相四个桥臂，在两相之间并联有电容器；每个桥臂均有IGBT器件以及与其反并联的二极管组成；所述转移支路由级联的H桥子模块构成，所述H桥子模块包括两相四个桥臂，在两相之间并联有电容器；每个桥臂均有IGBT器件以及与其反并联的二极管组成；所述泄放支路由避雷器构成。进一步地，所述每个H桥子模块均设有散热器，所述散热器位置抽头和旁路保护装置并联连接。本专利技术还提供一种用于高压直流断路器的旁路保护装置的保护方法，其改进之处在于，所述方法包括：在主支路每个H桥子模块的两端并联由晶闸管阀，当主支路闭锁异常时，通过投入旁路装置承受暂时过电压和过电流，实现保护主支路的目的；包括如下步骤：(1)安装所述晶闸管阀与高压直流断路器的主支路并联；(2)当高压直流断路器需要断开线路电流时，主支路闭锁，为H桥子模块电容充电，主支路电压开始上升；(3)正常情况下，电流转移至转移支路，若如果转移支路中的H桥子模块有无法正常开通的，则电流则无法成功转移，主支路电压进一步上升；(4)当主支路电容电压阈值达到BOD桥式电路设定的阈值时，BOD导通，产生晶闸管阀门极电流，门极电流流过晶闸管阀，主支路电容电压不再升高，主支路得到保护。进一步地，所述主支路中H桥子模块的保护阈值为3.5kV～4kV；选取的主支路晶闸管阀承受的暂态过电流为30～52kA，所述暂态过电流持续时间为10～20ms，暂态过电流电流上升率小于3kA/ms。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有的优异效果是：1、本专利技术所提出的适用于高压直流断路器的旁路保护方法使用单BOD器件，实现对晶闸管的双向保护目的，结构简单；2、本专利技术所提出的适用于高压直流断路器的旁路保护方法易于扩展，易于实现模块化设计，应用于高电压等级时，在技术和经济上优势更为明显；3、本专利技术所提出的适用于高压直流断路器的旁路保护方法结构新颖、控制简单，应用灵活，动作迅速，设备成本低，耐受电压等级高，且易于扩展至不同电压等级直流电网；4、本专利技术所提出的适用于高压直流断路器的旁路保护方法安装方式简单，可根据工程实际需要进行灵活安装拆卸。附图说明图1是本专利技术提供的高压直流断路器的拓扑结构图；图2是本专利技术提供的高压直流断路器旁路保护装置的结构图；图3是本专利技术提供的旁路装置的安装示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。高压直流断路器包括直流母线、主支路，转移支路和泄放支路；所述主支路、转移支路和泄放支路并联后连接在直流母线上；高压直流断路器的拓扑结构图如图1所示，主支路由级联的H桥子模块串联机械开关构成，所述H桥子模块包括两相四个桥臂，在两相之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高压直流断路器的旁路保护装置，所述高压直流断路器包括直流母线、主支路，转移支路和泄放支路；所述主支路、转移支路和泄放支路并联后连接在直流母线上；其特征在于，所述旁路保护装置包括晶闸管阀和桥式过压保护电路；所述桥式过压保护电路连接在晶闸管阀中反并联的晶闸管之间；在所述主支路每个H桥子模块的两端并联有所述晶闸管阀。

【技术特征摘要】
1.一种用于高压直流断路器的旁路保护装置，所述高压直流断路器包括直流母线、主支
路，转移支路和泄放支路；所述主支路、转移支路和泄放支路并联后连接在直流母线上；其
特征在于，所述旁路保护装置包括晶闸管阀和桥式过压保护电路；所述桥式过压保护电路连
接在晶闸管阀中反并联的晶闸管之间；在所述主支路每个H桥子模块的两端并联有所述晶闸
管阀。
2.如权利要求1所述的旁路保护装置，其特征在于，所述桥式过电压保护电路为反并联
的晶闸管提供过压保护，包括2个LCD电路、BOD桥式电路、2个限流电阻和2个门极稳压
二极管；其中一个门极稳压二极管的两端分别与其中一个晶闸管的控制极和其中一个LCD电
路中的电抗器连接；另一个门极稳压二极管的两端分别与另一个晶闸管的控制极和另一个
LCD电路中的电容器连接；2个限流电阻均连接在LCD电路和BOD桥式电路之间；
所述LCD电路用防止由于电压突然上升使BOD桥式电路意外导通，所述限流电阻用来
限制门极电流；所述BOD桥式电路用于保护单个过电压保护元件BOD双向过压保护的目的，
门极稳压二极管用于防止门极电压过高造成的损坏；任意一个晶闸管正向电压导通超过过电
压保护元件BOD动作保护值时，过电压保护元件BOD导通，产生门极电流开通晶闸管阀。
3.如权利要求2所述的旁路保护装置，其特征在于，所述LCD电路包括并联的电抗器、
电容器和二极管；所述BOD桥式电路由两个反串联的二极管支路并联组成，在两个反串联的
二极管支路之间连接有过电压保护元件BOD；其中一个反串联的二极管支路中的两个二极管
阳极相连；另一个反串联的二极管支路中的两个二极管阴极相连；
所述门极稳压二极管由反串联的二极管组成，其中二极管阳极相连。
4.如权利要求1所述的旁路...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤广福，陈龙龙，高阳，孔德煜，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网智能电网研究院，中电普瑞电力工程有限公司，华北电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11