專利名稱：：可控金屬氧化物避雷器、晶閘管閥開關及其過電流限制方法
技術領域：
：本發明涉及電力電子器件過電流保護領域，尤其涉及一種可控金屬氧化物避雷器、可控金屬氧化物避雷器的晶閘管閥開關及其過電流的限制方法。
背景技術：
：可控避雷器晶閘管閥開關主要由反并聯的晶閘管器件串聯組成。如圖1所示，該晶閘管閥開關包括n個反并聯的晶閘管SCR1、SCR2.....SCRn。其工作狀態可以描述為當可控避雷器承受的端電壓低于設定的觸發閾值(晶閘管閥開關導通時刻對應的可控避雷器端電壓峰值)時，晶閘管閥開關始終處于阻斷狀態，開關回路中只流過很小的泄露電流；當端電壓超過觸發閾值后，晶閘管閥開關立刻觸發導通，開關回路流過短時沖擊電流，直到端電壓過零反向，晶閘管閥開關又恢復阻斷能力。由于晶閘管屬于一種電力電子器件，受制造工藝水平的限制，其耐受過電流的能力有限值要求。以一個特高壓示范工程為例進行仿真研究表明，操作過電壓作用下流經晶閘管閥開關的沖擊電流(ITSM)和電流變化率(di/dt)較低，現有高壓大功率晶閘管性能參數可以滿足應用要求，但是在雷電過電壓作用下，ITSM和di/dt數值很大，其中Itsm需要晶閘管管芯直徑取5.0"以上才能滿足要求，di/dt則遠遠超出現有晶閘管器件的耐受能力。晶閘管閥開關技術參數要求與現有晶間管器件電流參數耐受能力研究結果參見下表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表l晶閘管器件因過電流導致的損壞主要原因在于當電流幅值過大或者電流上升速度過快時，器件內部硅片產生的熱量來不及散失，溫度急劇升高從而引發硅片局部熱擊穿燒毀，為破壞性的物理損壞。選擇大管芯直徑的晶閘管器件雖然可以提高Itsm耐受能力，但成本增加難以接受，因此，對晶閘管閥開關回路的沖擊電流幅值和變化率采取適當的措施加以限制是必須的。可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關與高壓直流輸電(HVDC)、可控串聯補償(TCSC)、靜止無功補償(SVC)等常規領域中晶閘管閥開關相比，應用條件有本質的差別，這使得可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關的過電流限制不能機械地照搬已有的方法，必須結合自身的特點研究確定。
發明內容本發明要解決的一個技術問題是提供一種可控避雷器晶閘管閥開關，能夠減小可控避雷器晶閘管閥開關回路中瞬態沖擊電流變化率。本發明提供一種可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關，在晶閘管閥開關回路中串聯有限流電感。根據本發明的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關的一個實施例，在晶閘管閥開關回路中串聯有單個所述限流電感。根據本發明的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關的一個實施例，在晶閘管閥開關回路中在每兩個晶閘管之間串聯有電感值相等的限流電感。其中，上述限流電感采用鐵芯結構或者空心結構。進一步，限流電感的電感值取值為l-10mH。本發明提供的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關，通過在晶閘管閥開關回路中串聯限流電感，減小了可控避雷器晶閘管閥開關回路中沖擊電流變化率。本發明還提供一種包括上述可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關的可控金屬氧化物避雷器。本發明還提供一種超、特高壓輸電系統用可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關過電流的限制方法，包括在晶閘管閥開關回路中串聯限流電感。根據本發明的方法的一個實施例，上述在晶閘管閥開關回路中串聯限流電感的步驟包括在晶閘管閥開關回路的每兩個晶閘管之間串聯電感值相等的電感。根據本發明的方法的一個實施例，上述在晶閘管閥開關回路中串聯限流電感的步驟包括在晶閘管閥開關回路的端部串聯單個限流電感。圖1示出現未采用限流措施的可控避雷器晶閘管閥開關的結構示意圖2示出本發明的可控避雷器晶閘管閥開關的一個實施例的結構圖示意圖3示出本發明的可控避雷器晶閘管閥開關的另一個實施例的結構圖示意圖。具體實施例方式下面參照附圖對本發明進行更全面的描述，其中說明本發明的示例性實施例。常規應用領域晶閘管閥開關工作在系統穩態工況下，流過晶閘管閥開關回路的電流量為一持續通態電流。目前已有的晶閘管限流技術均是針對系統穩態工況提出來，抑制的也是持續通態電流量。可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關的工作條件與常規領域恰恰相反，在系統穩態時，閥開關始終處于阻斷狀態，只有在暫態工況下、滿足晶閘管閥開關動作條件時閥開關才瞬時導通，流過閥開關回路的電流為短時浪涌電流，該浪涌電流是閥開關的正常工作電流，在常規應用領域則是不希望出現的。以常規領域高壓大功率晶閘管限流通常采用的并聯晶閘管分流技術為例，該浪涌電流變化速度快、持續時間短，尤其在雷電過電壓下，浪涌電流波頭時間在ps級，這要求各并聯晶閘管器件具有極高的動作特性一致性，以目前的制造工藝來說不可能實現，因此并聯晶閘管分流技術并不適用于可控避雷器晶閘管閥開關。針對可控避雷器晶閘管閥開關回路中沖擊電流過大的問題，本發明提出了通過在晶閘管閥開關回路中串聯電感作為限流措施的方案。圖2示出本發明的可控避雷器晶閘管閥開關的一個實施例的結構圖示意圖。如圖2所示，在該實施例中，限流電感的分布結構采用集中式結構，即將限流電感設計為單一電感21，與晶閘管閥開關回路中的晶閘管SCR1、SCR2、和SCRn串聯。本領域的技術人員應當理解，電感21除了位于晶閘管閥開關回路的兩端之外，也可以串聯在晶閘管閥開關回路中的任意兩個晶閘管之間。圖3示出本發明的可控避雷器晶閘管閥開關的另一個實施例的結構圖示意圖。如圖3所示，在該實施例中，限流電感的分布結構采用分布式結構，按照串聯晶閘管個數將限流電感設計成電感值相等的ii個小電感Ll、L2、...、Ln，分別串聯到晶閘管閥開關回路中的兩個晶閘管之間。本發明的限流電感可以采用帶4失芯結構或空心結構。可控金屬氧化物避雷器為本發明的申請人中國電力科學研究院的專利技術。已有的串聯電感限流方法是針對穩態電流量提出的，針對可控避雷器晶閘管閥開關這種暫態沖擊電流量尚屬首次提出。可控避雷器對晶閘管閥開關限流措施的應用限制只要體現在殘壓水平影響和過電流抑制效果2個方面。下面通過例子具體從串聯電感對可控避雷器殘壓的影響程度和對晶閘管閥開關回路過電流的抑制效果2個方面，來說明本發明的方法和裝置的可行性。首先說明串聯電感對可控避雷器殘壓的影響程度。限流電感的引入，在迫使沖擊電流更多地從晶閘管閥開關回路轉移到與之并聯的可控避雷器本體回路上的同時，其自身也必然要通過一定的沖擊電流，在電感兩端形成電壓降，抬高可控避雷器的殘壓值，使得可控避雷器對系統的限壓效果降低。對串聯限流電感前后可控避雷器限壓效果進行了仿真研究，串聯限流電感后可控避雷器限制操作過電壓的效果的部分結果列于下表2:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2由上表可以看出，當限流電感取值《5mH時，晶閘管閥開關串聯限流電感，可控避雷器對操作過電壓的限制效果相比目前采用的828kV避雷器與斷路器加裝合閘電阻聯合方式限壓效果依然有優勢。對于雷電過電壓，串聯限流電感后系統過電壓水平有一定程度的增大，結果不再列舉。但是，可控避雷器概念的提出主要是為了深度限制操作過電壓水平，對于變電站內電氣設備的雷電過電壓保護，可以通過優化設計可控避雷器與被保護設備之間的電氣距離和/或采用828kV避雷器方式加以解決，因此，只要合理選擇串聯電感參數，晶閘管閥開關回路串入限流電感對可控避雷器限壓效果的影響是有限的。下面說明串聯電感對晶閘管閥開關回路過電流的抑制效果。由于操作過電壓下開關回路電流幅值和變化率很小，見表3，并不需要采取限流措施，而雷電過電壓下開關回路中產生的沖擊電流幅值大、變化率快，研究雷電侵入波過電壓作用下的限流效果既可以說明問題，雷電侵入波過電壓下限流電感對過電流的抑制效果仿真研究結果見表4。操作過電壓類型沖擊電流幅值Itsm/1cA最大電流上升率di/dtM/A/jis接地故障過電壓1.010.4合空線過電壓2.314.4單相重合閘過電壓2.511.4故障清除轉移過電壓2.813.0甩負荷過電壓1.99.7表3限流電感L/mH沖擊電流幅值iTSM/kA最大電流上升率di/dtM/A/jis052.987000116.438929.819537.013145.410054.480表4可見，限流電感可以顯著降低晶閘管閥開關回路沖擊電流的幅值，并拉長沖擊電流的波頭時間，使電流變化率明顯降低，當限流電感取值5mH時，過電流幅值和變化率已可控制在現有晶閘管器件耐受能力范圍內，并留有足夠的^"度，限流效果理想。在對限流電感的限流效果模擬試驗研究中，以單個晶閘管串聯限流電感為例，可以得到與上述仿真結果相吻合的限流趨勢，試驗研究限流電感的限流效果趨勢的試驗數據參見下表5。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表5通過上面的分析表明，本文提出的在晶閘管閥開關回路中串聯限流電感作為限制過電流措施是可行并且有效的，適宜可控金屬氧化物避雷器采用。具體應用時，考慮到限流電感取值過大不利于可控避雷器限壓，過小又無法滿足限流要求，兩方面綜合考慮，推薦在l10mH范圍內取值。本發明的可控金屬氧化物避雷器、晶閘管閥開關及其過電流的限制方法適用于超、特高壓輸電系統。本發明通過在可控避雷器晶閘管閥開關回路中串聯限流電感，顯著減小了晶閘管閥開關回路中沖擊電流幅值和電流變化率，使得現有高壓大功率晶閘管器件可以滿足晶閘管閥開關應用要求，并使晶閘管器件型號的可選擇范圍大大增加，實現兼顧技術性能和經濟成本的要求。該措施能在一定程度上抑制了晶閘管閥開關回路中的電壓變化率，有利于減少開關需要串聯的晶閘管數量。此外，該措施結構簡單，實施方便，成本低廉，對可控避雷器限制操作過電壓的效果影響有限，是適宜晶閘管閥開關采用的較為理想的限流方式。本發明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。權利要求1.一種可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關，其特征在于，在晶閘管閥開關回路中串聯有限流電感。2.根據權利要求1所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關，其特征在于，所述晶閘管閥開關回路中串聯有單個所述限流電感。3.根據權利要求1所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關，其特征在于，所述晶閘管閥開關回路中在每兩個晶閘管之間串聯有電感值相等的所述限流電感。4.根據權利要求1至3中任意一項所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關，其特征在于，所述限流電感采用鐵芯結構或者空心結構。5.根據權利要求1至3中任意一項所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關，其特征在于，所述限流電感取值為110mH。6.—種可控金屬氧化物避雷器，包括晶閘管閥開關，其特征在于，在晶閘管閥開關回路中串聯有限流電感。7.根據權利要求1所述的可控金屬氧化物避雷器，其特征在于，所述晶閘管閥開關回路中串聯有一個所述限流電感。8.根據權利要求1所述的可控金屬氧化物避雷器，其特征在于，所述晶閘管閥開關回路中在每兩個晶閘管之間串聯有電感值相等的所述限流電感。9.根據權利要求1至3中任意一項所述的可控金屬氧化物避雷器，其特征在于，所述限流電感采用^l失芯結構或者空心結構。10.根據權利要求1至3中任意一項所述的可控金屬氧化物避雷器，其特征在于，所述限流電感取值為110mH。11.一種可控金氧化物避雷器晶閘管閥開關過電流的限制方法，其特征在于，包括在晶閘管閥開關回路中串聯限流電感。12.根據權利要求11所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關過電流的限制方法，其特征在于，所述在晶閘管閥開關回路中串聯限流電感的步驟包括在所述晶閘管閥開關回路的每兩個晶閘管之間串聯電感值相等的電感。13.根據權利要求11所述的可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關過電流的限制方法，其特征在于，所述在晶閘管閥開關回路中串聯限流電感的步驟包括在所述晶閘管閥開關回路的端部串聯單個限流電感。全文摘要本發明提供了一種可控金屬氧化物避雷器、可控金屬氧化物避雷器的晶閘管閥開關及其過電流的限制方法。該晶閘管閥開關回路中串聯有限流電感。本發明的可控金屬氧化物避雷器、晶閘管閥開關及其過電流的限制方法，通過在晶閘管閥開關回路中串聯限流電感，顯著減小了可控避雷器晶閘管閥開關回路中沖擊電流幅值和電流變化率，使得現有高壓大功率晶閘管器件可以滿足可控金屬氧化物避雷器對晶閘管閥開關的應用要求。此外，該措施結構簡單，實施方便，成本低廉，對可控避雷器限制操作過電壓的效果無不良影響，是適宜可控金屬氧化物避雷器晶閘管閥開關采用的理想的限流方式。文檔編號H02H9/02GK101527559SQ20091008227公開日2009年9月9日申請日期2009年4月20日優先權日2009年4月20日發明者沈海濱,陳秀娟,陳維江申請人:中國電力科學研究院