一种直流用避雷器的制作方法

1.本实用新型涉及混合式特高压直流输电工程用直流避雷器领域，具体涉及一种直流用避雷器。


背景技术：

2.高压直流输电技术主要包括基于普通晶闸管换流阀的传统高压直流输电和基于具有可关断能力的新型电力电子器件换流阀的柔性直流输电，二者各有优劣和适用场合。为发挥二者优势，提供更为灵活的输电方式，由传统直流和柔性直流组成的混合多端特高压直流输电系统应运而生。随着混合多端特高压直流输电技术的不断发展和未来规划工程的日益增多，其可靠性将成为影响整个电力系统安全、可靠运行的重要因素。考虑混合直流换流阀在各种暂、稳态和多种异常态运行工况下的过电压情况，在柔性直流换流阀直流侧母线并联基于一种基于晶闸管控制的直流用避雷器。
3.由避雷器的结构拓扑以及工作原理可知，该避雷器在稳态下长期承受直流工作电压，且由于受控元件并联的晶闸管触发开关中晶闸管断态电阻及均压电阻等器件的影响，导致固定元件在稳态工况下的分压较高，导致泄漏电流增大，进而影响了避雷器电阻片在长期工作条件下的稳定性能。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中所存在的上述问题，本实用新型提供一种直流用避雷器，包括避雷器本体，所述避雷器本体包括固定元件和受控元件，其特征在于，所述避雷器还包括：
5.与受控元件并联的晶闸管控制开关支路；
6.与固定元件并联的均压支路。
7.优选的，所述均压支路包括：
8.多级串联的电阻结构；
9.每级电阻结构中均包括多个并联的均压电阻；
10.所述电阻结构的串联级数和每级电阻结构中均压电阻的并联数量，根据均压支路的预期电阻值进行配置。
11.优选的，所述晶闸管控制开关支路，包括：
12.晶闸管；
13.与晶闸管串联的饱和电抗器；
14.以及与晶闸管并联的阻容结构和均压电阻。
15.优选的，所述避雷器，还包括：
16.与受控元件并联的旁路开关。
17.优选的，所述固定元件和受控元件分别包括多个串联的电阻片。
18.优选的，所述阻容结构包括：串联的电容和电阻。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
20.一种直流用避雷器，包括避雷器本体，所述避雷器本体包括固定元件和受控元件，所述避雷器还包括：与受控元件并联的晶闸管控制开关支路；与固定元件并联的均压支路；防止避雷器固定原件稳态工况下分压较高，泄漏电流增大。
附图说明
21.图1为直流避雷器拓扑结构图；
22.图2电阻rq结构拓扑图。
具体实施方式
23.为了更好地理解本实用新型，下面结合说明书附图和实例对本实用新型的内容做进一步的说明。
24.实施例1：
25.本发明提供一种直流用避雷器，如图1所示，包括并联于柔性直流换流阀的直流侧母线上的避雷器本体，其中柔性直流换流阀连接在直流系统与交流系统之间，所述避雷器本体包括固定元件和受控元件，其特征在在于，所述避雷器还包括：
26.与受控元件并联的晶闸管控制开关支路；
27.与固定元件并联的均压支路；
28.通过调整均压支路中均压电阻的串联和并联数量，以实现避雷器本体中固定元件和受控元件的均压。
29.其中，当避雷器处于稳态工况下时，通过晶闸管控制开关支路控制晶闸管处于断开状态(简称断态)，当柔性直流换流阀、直流系统和/或交流系统发生故障时，通过晶闸管控制开关支路控制晶闸管合闸，以实现对故障电流的分流。
30.优选的，所述均压支路包括：
31.多级串联的电阻结构；
32.每级电阻结构中均包括多个并联的均压电阻；
33.所述如图2所示电阻结构的串联级数和每级电阻结构中均压电阻的并联数量，根据均压支路的预期电阻值进行配置。
34.优选的，所述均压支路的预期电阻值根据晶闸管控制开关支路中晶闸管的断态电阻值、晶闸管控制开关支路中均压电阻值，以及固定元件与受控元件的阻尼比进行确定。
35.优选的，所述晶闸管控制开关支路，包括：
36.晶闸管以及与晶闸管并联的阻容结构和均压电阻。
37.优选的，所述晶闸管控制开关支路，还包括：
38.与晶闸管并联的旁路开关；
39.当避雷器处于稳态工况下时，控制旁路开关处于断开状态(简称断态)，当柔性直流换流阀、直流系统和/或交流系统发生故障时，控制旁路开关合闸，以实现对故障电流的进一步分流；
40.优选的，所述固定元件和受控元件分别包括多个串联的电阻片。
41.优选的，所述阻容结构包括：串联的电容和电阻。
42.实施例2：
43.该避雷器属于典型的大容量多柱并联避雷器，通过控制电阻片的串联数量改变残压从而限制不同系统故障下的母线过电压。避雷器一次侧主要由固定元件、受控元件、控制开关(由晶闸管触发开关及旁路开关构成)组成，其中固定元件和受控元件又称为避雷器本体。其工作原理为，当系统处于稳态工况时，避雷器长期承受母线直流电压，避雷器元件仅流过泄漏电流；当系统发生交直流故障时，通过将受控元件并联的快速开关合闸，降低避雷器残压，消耗盈余功率，抑制并联母线过电压，故障穿越后，控制开关分闸，避雷器恢复初始状态。
44.金属氧化物电阻片在正常运行时长期荷电，会逐渐老化，甚至最终导致热崩溃，这是决定避雷器寿命的主要因素。老化存在速度问题，取决于长期作用的系统工作电压，及取决于电阻片的长期荷电，为了保证电阻片的寿命，必须限制其长期工作电压。荷电率指长期工作电压峰值与动作电压的比值λ。
45.该避雷器拓扑如图1所示，moa1：固定元件，moa2：受控元件，k1：晶闸管触发开关，k2：旁路开关；t：晶闸管，lv：饱和电抗器，r
d
：阻尼电阻，c
d
：阻尼电容，r
p
：均压电阻。
46.1.设计原则
47.已知该类型避雷器并联于直流系统换流阀母线侧，固定元件工作电压u1、受控元件电压u2、母线工作电压ub，存在如下电压关系：
48.u1 u2＝u
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
49.固定元件与受控元件的分压是由各自串联电阻片数决定的，设固定元件串联电阻片数m，受控元件串联电阻片数n。
[0050][0051][0052][0053]
式中：
[0054]
r
mov1
：固定元件阻值；
[0055]
r
mov2
：受控元件阻值。
[0056]
有如下设计原则：
[0057]
λ1＝u1/u
a1
＝u2/u
a2
＝λ2≤λ
o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0058]
式中：
[0059]
λ1：固定元件荷电率；
[0060]
λ2：受控元件荷电率；
[0061]
u
a1
：固定元件动作电压；
[0062]
u
a2
：受控元件动作电压；
[0063]
λ
o
：避雷器荷电率最大值。
[0064]
避雷器长期荷电率必须低于λ
o
才能保证金属氧化物稳定性能。
[0065]
2.分压优化方法
[0066]
由图1可知，受控元件需并联控制开关。k2为旁路开关，在稳态工况下为断路，对避雷器本体元件的分压无影响。k1为晶闸管触发开关，在稳态直流电压下，晶闸管t不导通，长期工作于断态，对外表现为高阻状态，阻尼电容c
d
与阻尼电阻r
d
支路对外特性为断路，均压电阻r
p
为直流电阻，综上可知晶闸管t断态电阻r
t
与均压电阻r
p
会影响避雷器的稳态直流分压。
[0067]
当k1存在时，设避雷器固定元件工作电压u1′
，受控元件工作电压u2′
，有如下推导。
[0068][0069][0070]
已知
[0071][0072]
因此
[0073]
u1′
＞u1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0074][0075]
当k1存在时，固定元件分压增大，λ1增大。
[0076]
为降低固定部分稳态荷电率，为固定元件并联电阻r
q
，如图1拓扑结构。为尽可能减小k1带来的分压影响，电阻r
q
阻值需根据晶闸管断态电阻r
t
与均压电阻r
p
进行匹配，存在如下关系。
[0077][0078]
从而有如下推导：
[0079][0080]
将式(2)和(11)代入式(12)得到
[0081][0082]
电阻r
q
减小了该类型避雷器由于控制开关的引入带来的稳态分压影响，降低了固定元件的稳态荷电率。
[0083]
3.电阻rq阻值调节设计
[0084]
晶闸管为非线性元件，当环境温度低于某值时，断态电阻基本没有变化，当环境温
度高于某值时，阻值变小甚至由兆欧降低至千欧级别。为保证任何环温下的避雷器元件荷电率，本专利提出一种方法，通过调节r
q
阻值来降低晶闸管断态电阻非线性特性带来的影响。
[0085]
电阻r
q
有如图2的器件串并联设计，由a级并联b级串联电阻构成。当避雷器在稳态运行时，环温由于特殊情况高于某值时，晶闸管断态电阻减小，可通过增加电阻器件的并联数a或者减小串联数b降低电阻r
q
的阻值进行配合，反之则增加阻值，从而尽可能减小k1对避雷器荷电率的影响。
[0086]
以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本实用新型的权利要求范围之内。