故障電流限制器的晶閘管閥觸發(fā)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為提高串聯(lián)諧振型故障限流器(seriesresonantfaultcurrentlimiter,srfcl)旁路電路的可靠性,減小諧振電容的氧化鋅避雷器(mov)能量消耗,研究了晶閘管閥自觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作電壓閾值設(shè)計(jì)方法。限流器控制器失靈是最惡劣的故障態(tài),只能依賴晶閘管閥自觸發(fā)保護(hù)即擊穿二極管觸發(fā)晶閘管(breakoverdiode,bod)。設(shè)計(jì)了bod動(dòng)作時(shí)序,從動(dòng)作時(shí)間和避雷器能耗角度分析閾值影響因素。bod動(dòng)作電壓閾值決定了晶閘管閥過(guò)電壓保護(hù)水平和觸發(fā)時(shí)間。電壓閾值設(shè)置低,bod保護(hù)會(huì)和保護(hù)判據(jù)競(jìng)爭(zhēng);電壓閾值設(shè)置高,避雷器能耗水平會(huì)提高。以華東電網(wǎng)限流器示范工程為背景,建立限流器仿真模型,通過(guò)大量仿真計(jì)算,總結(jié)了電壓閾值變化對(duì)避雷器能耗水平影響規(guī)律,提出了電壓閾值設(shè)計(jì)指標(biāo)。研究結(jié)果對(duì)工程設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

本文對(duì)串聯(lián)晶閘管閥組的觸發(fā)電路進(jìn)行了介紹,設(shè)計(jì)了一套用于高壓tsc串聯(lián)晶閘管閥組的電磁觸發(fā)電路。該觸發(fā)電路采用電壓源驅(qū)動(dòng)、脈沖變壓器串聯(lián)使用觸發(fā)串聯(lián)晶閘管閥組,利用高壓電纜實(shí)現(xiàn)脈沖變壓器高低壓側(cè)絕緣。該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、晶閘管門極觸發(fā)電流前沿陡峭等特點(diǎn)。在10kvtsc動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置中的實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了該觸發(fā)單元的可行性。

靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(svc)作為一項(xiàng)成熟技術(shù),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負(fù)荷補(bǔ)償和輸電線補(bǔ)償,并且那些使用大功率晶閘管的svc已被看作是柔性交直流輸電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。其中晶閘管投切電抗器(tcr)是svc的最重要組成部分之一,它一般與固定電容器或晶

為滿足晶閘管投切電容器(tsc)裝置可靠性及其試驗(yàn)方法和試驗(yàn)等效機(jī)理研究的需要,重點(diǎn)研究了tsc裝置的核心部件——高壓晶閘管閥在過(guò)電流故障狀態(tài)下的失效機(jī)理。首先介紹了tsc系統(tǒng)及其閥的結(jié)構(gòu)以及過(guò)電流故障形成的原因和特征,并給出了過(guò)電流的數(shù)學(xué)方程和仿真波形。然后按照過(guò)電流故障的不同發(fā)展階段對(duì)tsc閥的電流、電壓和熱等應(yīng)力進(jìn)行了解析分析。在上述基礎(chǔ)上,結(jié)合器件的物理特性,對(duì)tsc閥各個(gè)元件在各種故障應(yīng)力下的內(nèi)部物理過(guò)程進(jìn)行了分析。最終得到了tsc閥在過(guò)電流故障的不同發(fā)展階段的失效模式和失效指標(biāo),從而揭示了tsc高壓晶閘管閥的過(guò)電流失效機(jī)理。

串聯(lián)諧振型限流器晶閘管閥組件在開通和導(dǎo)通過(guò)程中要承受巨大的電流應(yīng)力,而電力電子試驗(yàn)裝置目前尚不能滿足該故障電流試驗(yàn)的考核要求。文中在晶閘管閥運(yùn)行工況分析基礎(chǔ)上,提出了等效試驗(yàn)指標(biāo)和等效試驗(yàn)方法。應(yīng)用電力電子等效試驗(yàn)理論,研究晶閘管閥失效機(jī)理;建立過(guò)電流試驗(yàn)等效分析數(shù)學(xué)模型,提出等效試驗(yàn)指標(biāo);參考斷路器短路電流試驗(yàn)方法,設(shè)計(jì)分步試驗(yàn)和合成試驗(yàn)。分步試驗(yàn)利用lc振蕩電路和短路電流電路考核電流陡度和電流強(qiáng)度,合成試驗(yàn)利用斷路器關(guān)合試驗(yàn)電路全面考核閥耐受電流能力。對(duì)2種試驗(yàn)方法進(jìn)行了比較分析,建議采用分步試驗(yàn)方法。

高壓直流輸電晶閘管閥開通產(chǎn)生的電流應(yīng)力是其電氣特性研究的重要內(nèi)容之一。對(duì)閥開通電流應(yīng)力分析的原有電路模型進(jìn)行了改進(jìn),并對(duì)閥開通的暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行較為詳盡的分析。分析把把開通過(guò)程分為3個(gè)階段進(jìn)行,并推導(dǎo)出各階段晶閘管閥開通電流應(yīng)力計(jì)算的非線性微分方程組,采用龍格-庫(kù)塔法對(duì)方程組進(jìn)行計(jì)算;此外對(duì)晶閘管閥換相開通的電流應(yīng)力及其影響因素進(jìn)行較為全面深入的分析,最后得到各種運(yùn)行條件和各類電路參數(shù)變化時(shí)開通電流應(yīng)力的變化情況,并總結(jié)出其中的關(guān)鍵因數(shù)。

晶閘管器件的斷態(tài)(開斷狀態(tài))電壓上升率du/dt和通態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))電流上升率di/dt是決定可控金屬氧化物避雷器(cmoa)晶閘管閥工作安全性的關(guān)鍵參數(shù)。以長(zhǎng)治—南陽(yáng)—荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程為背景,對(duì)晶閘管閥中晶閘管器件需要承受的最大du/dt和di/dt進(jìn)行了仿真計(jì)算,提出了技術(shù)要求,并給出了限值要求,即du/dt和di/dt均不允許超過(guò)其臨界值du/dtcrit和di/dtcrit。根據(jù)實(shí)際使用條件對(duì)所選晶閘管器件的du/dtcrit和di/dtcrit進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果和技術(shù)要求對(duì)比表明:2.0～3.0英寸晶閘管du/dtcrit不小于45kv/μs,大于技術(shù)要求28.3kv/μs,無(wú)需限制措施;di/dtcrit為865～910a/μs,遠(yuǎn)小于技術(shù)要求87ka/μs,須采取適當(dāng)?shù)南拗拼胧Ｑ芯勘砻?采用3～5mh的限流電抗器可以將di/dt限制在容許范圍內(nèi),且限流電抗器對(duì)cmoa限制系統(tǒng)操作過(guò)電壓的效果影響不大,可以采用限流電抗器限制晶閘管器件的di/dt。

針對(duì)現(xiàn)有晶閘管電磁式觸發(fā)和監(jiān)控系統(tǒng)的不足,提出了適用于高電壓、大電流晶閘管閥組的光電觸發(fā)和監(jiān)控方式。介紹了其功能、原理和構(gòu)成。

晶閘管閥組中主要元器件參數(shù)的設(shè)計(jì)與型號(hào)的選取一直被業(yè)內(nèi)人士所重視,但閥組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主要元器件的安裝與導(dǎo)線的走線方式往往被忽略或得不到足夠重視。本文首先描述了實(shí)際工程中閥組運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,并采取措施分析出現(xiàn)問(wèn)題的原因,進(jìn)而針對(duì)本工程阻容吸收安裝接線的問(wèn)題采取相應(yīng)的整改措施,最終保證了晶閘管閥組的正常運(yùn)行。

分析和比較了瑞士abb、瑞典abb、toshiba和siemens公司的幾種高壓晶閘管閥過(guò)電流試驗(yàn)回路的工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(cigre)關(guān)于高壓串聯(lián)閥電流電壓強(qiáng)度的技術(shù)導(dǎo)則以及國(guó)際電工委員會(huì)關(guān)于靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置閥和高壓直流閥的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求,提出了一種新型過(guò)電流試驗(yàn)回路的主電路方案:由大電流源提供加熱電流,由諧振回路提供過(guò)電流及相應(yīng)的閉鎖電壓,由高電壓回路輔助實(shí)現(xiàn)高壓直流閥的特殊試驗(yàn)要求。該試驗(yàn)回路調(diào)節(jié)更靈活、試驗(yàn)?zāi)Ｊ礁?、試?yàn)?zāi)芰σ泊鬄樘岣?高電壓回路的電壓參數(shù)提高至80kv,過(guò)電流峰值提高到47ka,頻率范圍擴(kuò)展到50~350hz。

高壓直流換流閥用飽和電抗器的作用是抑制流經(jīng)晶閘管的電流變化率,限制晶閘管產(chǎn)生的電壓,提高晶閘管換流閥分布電壓的均勻性。主要研究高壓直流換流閥用飽和電抗器的理論設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)排布及線圈選取等方法,具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

為滿足串聯(lián)晶閘管閥組中多個(gè)晶閘管同步觸發(fā)以及多個(gè)串聯(lián)晶閘管觸發(fā)模塊之間的隔離強(qiáng)度,給出了一種新穎的晶閘管閥組高壓側(cè)觸發(fā)能量耦合獲取單元。該單元可在低壓側(cè)產(chǎn)生幅值恒定的直流或高頻方波交流可控電流,通過(guò)高壓絕緣電纜穿過(guò)多個(gè)磁環(huán)變壓器將能量耦合至高壓側(cè),在次級(jí)經(jīng)變換后形成觸發(fā)脈沖直接同步觸發(fā)晶閘管,觸發(fā)脈沖上升沿小于500ns。在10kv中壓晶閘管投切電容器(tsc)無(wú)功補(bǔ)償裝置中的實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了該觸發(fā)單元的可行性。

文章簡(jiǎn)要介紹了一種用于高壓tcr晶閘管閥組的電磁觸發(fā)控制方案,設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的大功率脈沖電流源生成電路,重點(diǎn)分析了該電路的關(guān)鍵參數(shù)作用和工作特性。對(duì)電磁觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明,該觸發(fā)方案能可靠地完成對(duì)高壓晶閘管閥組的觸發(fā)控制,并可以方便地實(shí)現(xiàn)控制電路與主電路之間的電氣隔離,安全可靠。

大功率晶閘管閥組是靜止無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備中的關(guān)鍵器件,筆者簡(jiǎn)要介紹了a電氣公司自主研發(fā)的pcs-9580型靜止無(wú)功補(bǔ)償器中的晶閘管閥組,重點(diǎn)分析了其中晶閘管的選取原則、多級(jí)串聯(lián)的配置方案以及保護(hù)。通過(guò)利用晶閘管控制單元,實(shí)現(xiàn)主高壓回路與控制系統(tǒng)的接口,最后詳細(xì)闡述了采用高純度水作為冷卻介質(zhì)的水冷回路。

為實(shí)現(xiàn)配變次級(jí)斷路器的自動(dòng)化控制,設(shè)計(jì)故障電流檢測(cè)及自動(dòng)分合閘裝置。它主要應(yīng)用于400kva及以下變壓器的監(jiān)測(cè),具有單回路3相故障電流檢測(cè),3相低壓及過(guò)壓監(jiān)測(cè),3路單相開關(guān)分合閘控制,3路單相斷路器的分合狀態(tài)監(jiān)測(cè)及控制,跳閘狀態(tài)監(jiān)測(cè),單相位跳閘后自動(dòng)合閘,并具備rs485通訊及無(wú)線通訊功能。通過(guò)手持機(jī)遠(yuǎn)距離無(wú)線和現(xiàn)場(chǎng)lcd液晶顯示,監(jiān)測(cè)變壓器系統(tǒng)的電力參數(shù),查詢分合閘,故障電流歷史狀態(tài),查詢當(dāng)前和歷史告警狀態(tài)數(shù)據(jù),手動(dòng)控制各相位導(dǎo)通斷開。廣泛應(yīng)用于變壓器監(jiān)控系統(tǒng),可以完全監(jiān)控變壓器系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和故障狀況,跳閘后,根據(jù)跳閘信息自動(dòng)選擇分合閘,可以減輕系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān),幫助維護(hù)人員定時(shí)了解到故障信息。

高壓直流輸電晶閘管閥關(guān)斷產(chǎn)生的電壓應(yīng)力是其電氣特性研究的重要內(nèi)容之一。對(duì)關(guān)斷電壓應(yīng)力分析的原有電路模型作了改進(jìn),拓展了模型適用范圍,推導(dǎo)出晶閘管閥關(guān)斷電壓應(yīng)力分析的拉普拉斯解析方程,并對(duì)晶閘管閥換相關(guān)斷的電壓應(yīng)力作了較為全面深入的分析,得到各種運(yùn)行條件和各類電路參數(shù)變化時(shí)關(guān)斷電壓應(yīng)力的變化情況,總結(jié)出了其中的關(guān)鍵因素。從計(jì)算和仿真結(jié)果來(lái)看,分析方法是可行的,并具有較高的精確度。

介紹了干式空心電抗器的結(jié)構(gòu)、計(jì)算模型,給出了并聯(lián)電抗器匝間短路后阻抗的變化。

晶閘管閥短路電流試驗(yàn)是考核直流輸電晶閘管閥耐受短路電流能力的運(yùn)行型式試驗(yàn)項(xiàng)目,要求試驗(yàn)結(jié)果跟實(shí)際運(yùn)行工況具有等價(jià)性。本文使用lc振蕩回路對(duì)直流輸電晶閘管閥進(jìn)行短路電流試驗(yàn)進(jìn)行研究,并利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)其進(jìn)行仿真研究,以確定回路參數(shù)準(zhǔn)確性和試驗(yàn)方法的有效性。結(jié)果表明以lc振蕩回路產(chǎn)生的短路電流,滿足直流輸電晶閘管閥短路電流標(biāo)準(zhǔn)要求,可做為進(jìn)行直流輸電晶閘管閥短路試驗(yàn)的有效方法。

介紹了華東500kv瓶窯變電所故障電流限制器在線路負(fù)荷電流正常增加過(guò)程中,頻繁出現(xiàn)的光通道閥損壞、主動(dòng)旁路保護(hù)動(dòng)作及永久閉鎖合閘情況,分析了導(dǎo)致故障電流限制器頻繁永久閉鎖合閘的根本原因,提出了修改閥控與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序,增大閥高電位控制單元檢測(cè)時(shí)間,以及增加監(jiān)控后臺(tái)遠(yuǎn)方復(fù)歸功能的改進(jìn)方法,為變電站無(wú)人值班提供了技術(shù)支撐。

應(yīng)用干式空心限流電抗器,解決鶴壁礦區(qū)大胡變電站6kv母線短路容量較大的難題。并利用emtdc程序?qū)Ω髦肥褂眯ЧM(jìn)行仿真。仿真結(jié)果證明,達(dá)到了降低系統(tǒng)短路容量的目的,增強(qiáng)了斷路器在線路短路時(shí)的開斷能力,提高了礦井供電的安全性和可靠性。

可控避雷器晶閘管閥主要由反并聯(lián)晶閘管對(duì)串聯(lián)而成,為保證各個(gè)晶閘管承受電壓的一致性,必須采取適當(dāng)?shù)木鶋捍胧８鶕?jù)晶閘管閥串聯(lián)均壓的技術(shù)要求,利用電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序,對(duì)傳統(tǒng)rc均壓方法的可行性進(jìn)行了計(jì)算分析。研究得出rc均壓方法可能嚴(yán)重破壞可控避雷器的靜態(tài)電位分布,不適用于晶閘管閥。提出采用晶閘管與金屬氧化物電阻片一對(duì)一并聯(lián)的均壓方法,利用金屬氧化物電阻片良好的非線性伏安特性限制晶閘管的過(guò)電壓,并對(duì)電阻片的均壓效果進(jìn)行了仿真計(jì)算。結(jié)果表明,合理選擇電阻片的串、并聯(lián)數(shù)和尺寸參數(shù),可以將串聯(lián)晶閘管的開通過(guò)沖電壓均限制在要求的范圍內(nèi)。

tdk集團(tuán)的tdk—epc公司已拓展其愛(ài)普科斯fepcos）浪涌電流限制器0cl）的產(chǎn)品范圍。p11系列（b57211p＊）涵蓋了從4～25ω（r25）的電阻范圍。這些類型專為0℃至25℃的溫度范圍，2．5～5a的電流而設(shè)計(jì)。p13系yo（b57213pm1的電阻范圍為3～5ω，專為高功率設(shè)計(jì)，即6或7a的電流。