CN101984532B - 一种新型晶闸管dv/dt保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力系统器件领域，具体涉及一种新型晶闸管dv/dt保护方法。本发明通过设计一种直流换流阀晶闸管级dv/dt的保护电路，提供了一种dv/dt的保护策略。能够对晶闸管级的dv/dt进行检测，通过检测dv/dt，及时调整晶闸管保护水平，从而达到保护晶闸管的目的。该保护电路结构简单，设计方法巧妙，能够较好的保护晶闸管免受过高dv/dt损坏。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统器件领域，具体涉及一种新型晶闸管dv/dt保护方法。
背景技术
换流阀是直流输电工程最重要的一次设备，在换流阀运行过程中可能会遭受陡波、雷电波、操作波的影响，为了能快速的触发晶闸管导通，防止晶闸管被破坏，在设计过程中，通过测量dv/dt值，从而判断施加到阀上的电压状况，当判断dv/dt达到保护水平值时，触发晶闸管，达到保护晶闸管的目的。
换流阀在运行过程中可能会受到陡波、雷电波、操作波的影响，由于电压上升的速率很快，从而在换流阀上产生很大的电压变化率(dv/dt)，这种dv/dt对于晶闸管可能是致命的，既有可到导致晶闸管损坏，因而必须在设计晶闸管电子设备时必须考虑dv/dt保护电路，从而达到保护晶闸管的目的。
由于传统的直流输电工程都是采购国外的直流输电换流阀，该项技术尚且被国外公司垄断，由于换流阀晶闸管的dv/dt保护实现方法和保护策略比较困难，并且随着晶闸管结温的升高，晶闸管的电压耐受能力会下降，晶闸管的dv/dt保护水平值也要相应的下降，因而晶闸管的dv/dt保护策略相对比较复杂，目前国内尚且没有对换流阀晶闸管的dv/dt保护电路和保护策略有较为专业的理论分析。该专利即是在这样的技术背景下设计了dv/dt保护电路，该保护电路结构简单，设计方法巧妙，为实现换流阀的自主研发具有积极作用。
专利CN200710041731.0一种高压变频调速装置的功率单元旁路机构中提到在晶闸管模块之间设有吸收dv/dt的吸收电路。该专利旨在利用dv/dt吸收电路来降低晶闸管两端的dv/dt，这是一种很不智能的方法，且当dv/dt过大时，吸收回路吸收的dv/dt十分有限，本专利所设计的dv/dt能够通过设置dv/dt保护策略，能够随着dv/dt的增大降低保护水平，从而达到保护晶闸管的目的，方便灵活，可靠安全。
发明内容
由于过大的dv/dt会导致晶闸管的损坏，致使直流换流阀的运行出现故障，本发明通过设计一种晶闸管级dv/dt的保护电路，提供了一种晶闸管的dv/dt保护策略，随着晶闸管两端的dv/dt的增大减小晶闸管的过电压保护水平，保护晶闸管免受过大的dv/dt而导致损坏。
本发明提出了一种新型晶闸管dv/dt保护方法，包括以下步骤：
(1)一种新型晶闸管dv/dt保护方法是由保护电路和保护策略构成，所述保护电路包括晶闸管级电路和dv/dt检测电路；
(2)所述保护电路中的晶闸管级电路包括晶闸管T1、阻尼回路和直流均压电阻回路，所述阻尼回路包括三端电容Cd1、Cd2和Cd3，所述电容Cd1的高压端和晶闸管阳极连接，所述电容Cd1的低压端和电容Cd2、电容Cd3的高压端连接，电容Cd2和阻尼电阻Rd3相连接；
(3)所述dv/dt检测电路包括直流均压回路和dv/dt计算回路，所述直流均压回路由电阻Rj1和电阻Rj2串联后和电阻R5串联构成，电阻Rj1、Rj2和R5串联构成晶闸管电压的测量高压电阻，该3个电阻与电阻R6构成分压电路，通过这一电压分压回路有效地测量晶闸管两端的电压，所述dv/dt计算回路是由三端电容的电容Cd3、电阻Rd3、电容C4和电阻R6相连构成，当晶闸管两端遭受dv/dt的电压时，通过该回路将产生一定的电流，电流值为dv/dt和电容C4和Cd3串联后的乘积，该电流流过电阻R6后将产生电压，通过测量R6上的电压即可以得知晶闸管遭受的dv/dt值。
其中，所述dv/dt保护策略是根据晶闸管遭受的dv/dt越大，晶闸管耐受电压的能力越低，因而当dv/dt过大时需要调整晶闸管的保护水平，以达到保护晶闸管的目的，所述dv/dt的保护水平约为4～6kV/us，保护策略是当晶闸管的dv/dt小于保护水平时，晶闸管的过电压保护水平不变，为5kV～8kV，根据晶闸管的具体参数而设定，当晶闸管上的电压大于保护水平时，晶闸管的过电压保护值将会降低至4kV以下。
本发明技术方案的优点是：采取了有效的dv/dt保护方法，设计了合理的保护电路，方法易于实现，保护策略全面可靠。
附图说明
为了使本发明的内容被更清楚的理解，并便于具体实施方式的描述，下面给出与本发明相关的附图说明如下：
图1是本发明的dv/dt保护原理图；
图2是保护策略配置图；
图3是晶闸管dv/dt较大时电压保护试验波形示意图；
图4是晶闸管遭受雷电波时电压保护试验波形示意图。
具体实施方式
参考附图1，下面将详细介绍该专利所设计的换流阀晶闸管级dv/dt保护电路原理，陡波、雷电波或者操作波施加到晶闸管后，从晶闸管极的电容Cd1、Cd2，通过电阻Rd3传至晶闸管电子设备，dv/dt通过电容C4后，产生电流Ic4，Ic4通过电阻R6后，在R6上产生电流，其电流值和dv/dt值成正比。在电气设计中，设计晶闸管级的保护水平，只要测到电阻R6上的电压，经过计算，即可以变换到晶闸管级的dv/dt。当dv/dt大于保护水平时，则TE产生晶闸管触发脉冲，触发晶闸管导通，使得晶闸管免受过电压的影响，从而实现保护晶闸管的目的。
晶闸管的保护策略和保护水平如附图2所示，该图描述了晶闸管正向电压和dv/dt保护特性曲线，虚线表示晶闸管的耐受能力，实线表示晶闸管的dv/dt保护水平值。由于随着晶闸管的结温升高，晶闸管的正向耐受电压越低，因而为了保护晶闸管免受过高的dv/dt，dv/dt的保护水平值也应随着降低，按照这种保护策略，可以实现晶闸管dv/dt保护随着晶闸管的电压耐受的降低而降低，从图可见：当dv/dt过大后，保护水平值比晶闸管的耐受降低的更快，从而实现了对晶闸管保护的目的。
见附图3，试验波形时间为2ms每格，在5ms时保护动作，保护水平约为5kV，这是此时的dv/dt约为1V/us，这样的dv/dt值和C4+Cd3的乘积较小，流过电阻R6的电流较小，因而在电阻R6上的电压也比较小，晶闸管保护电路上检测的电压比较低，因而dv/dt保护不起作用。
当对晶闸管施加雷电波时，见附图4，此时晶闸管两端电压的dv/dt约为4kV/us。电路中的dv/dt起到作用，即发生了dv/dt保护。
上面通过特别的实施例内容描述了本发明，但是本领域技术人员还可意识到变型和可选的实施例的多种可能性，例如，通过组合和/或改变单个实施例的特征。因此，可以理解的是这些变型和可选的实施例将被认为是包括在本发明中，本发明的范围仅仅被附上的专利权利要求书及其同等物限制。
Claims (2)
1.一种新型晶闸管dv/dt保护方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）一种新型晶闸管dv/dt保护方法是由保护电路和保护策略构成，所述保护电路包括晶闸管级电路和dv/dt检测电路，所述保护策略是根据晶闸管遭受的dv/dt越大，晶闸管耐受电压的能力越低，因而当dv/dt过大时需要调整晶闸管的保护水平，以达到保护晶闸管的目的；
（2）所述保护电路中的晶闸管级电路包括晶闸管T1、阻尼回路和直流均压回路，所述阻尼回路包括三端电容Cd1、Cd2和Cd3，所述电容Cd1的高压端和晶闸管阳极连接，所述电容Cd1的低压端和电容Cd2、电容Cd3的高压端连接，电容Cd3的低压端和阻尼电阻Rd3相连接，电容Cd2的低压端与阻尼电阻Rd2相连接，所述直流均压回路由电阻Rj1和电阻Rj2串联后和电阻R5串联构成；
（3）所述dv/dt检测电路包括直流均压回路和dv/dt计算回路，所述直流均压回路由电阻Rj1和电阻Rj2串联后和电阻R5串联构成，电阻Rj1、Rj2和R5串联构成晶闸管电压的测量高压电阻，该3个电阻与电阻R6构成电压分压回路，通过这一电压分压回路有效地测量晶闸管两端的电压，所述dv/dt计算回路是由三端电容的电容Cd3、电阻Rd3、电容C4和电阻R6串联构成，当晶闸管两端遭受dv/dt的电压时，通过dv/dt计算回路将产生一定的电流，电流值为dv/dt和电容C4和Cd3串联后的乘积，该电流流过电阻R6后将产生电压，通过测量R6上的电压即可以得知晶闸管遭受的dv/dt值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述保护策略是根据晶闸管遭受的dv/dt越大，晶闸管耐受电压的能力越低，因而当dv/dt过大时需要调整晶闸管的保护水平，以达到保护晶闸管的目的，所述dv/dt的保护水平为4～6kV/us，保护策略是当晶闸管的dv/dt小于保护水平时，晶闸管的过电压保护水平不变，为5kV～8kV，根据晶闸管的具体参数而设定，当晶闸管上的电压大于保护水平时，晶闸管的过电压保护值将会降低至4kV以下。
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