本發(fā)明涉及電力，具體涉及一種基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)有電網(wǎng)中輸電距離和容量的需求迅速增長，為了保證電力傳輸?shù)慕?jīng)濟性，使用的輸電電壓等級也在顯著提高，由此導致過電壓水平也快速增長。

2、為了能抑制過電壓對系統(tǒng)中器件的損害，金屬氧化物避雷器被廣泛地應用于電力系統(tǒng)中，以抑制過電壓。

3、但是，現(xiàn)有使用場景不斷對避雷器的可靠性提出更高的要求，這也限制了它的保護性能，在參數(shù)上體現(xiàn)為荷電率制約保護水平和殘壓；同理，這也嚴重制約了系統(tǒng)建設(shè)和裝備制造，使系統(tǒng)搭建的成本和難度大幅升高，甚至過電壓會威脅系統(tǒng)的可靠運行。特別地，在當前設(shè)計場景中，因為大量使用了新興的電力電子器件，其應對瞬態(tài)過電壓的峰值時，比傳統(tǒng)電力裝備更敏感。然而，直流電網(wǎng)直流側(cè)緩波前過電壓和快波前過電壓水平通常都在大概2p.u.。進一步，極線電抗器閥側(cè)的緩波前過電壓和快波前過電壓水平也都達到大概1.9p.u.。因此直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)隨著采用更多的電力電子裝備，迫切需要深度抑制過電壓。

4、為深度抑制緩波前過電壓，現(xiàn)有技術(shù)時通過在系統(tǒng)故障時導通旁路開關(guān)減少接入系統(tǒng)的避雷器數(shù)量從而減小過電壓，這種解耦荷電率和暫態(tài)壓比的方法十分成熟并已經(jīng)在直流工程中投入運行。其中，根據(jù)旁路開關(guān)，可控避雷器可以分為機械開關(guān)型和晶閘管型。機械開關(guān)和晶閘管的導通時間分別在毫秒和微秒數(shù)量級，且在系統(tǒng)控制中存在延時問題。然而典型的快波前過電壓的波前時間在0.1到20微秒范圍內(nèi)，這說明現(xiàn)有的旁路開關(guān)無法在波前范圍內(nèi)導通。因此，可控避雷器不能深度抑制快波前過電壓。但可控避雷器為了具備一定的雷電過電壓抑制能力，荷電率與傳統(tǒng)的金屬氧化物避雷器相同，沒有達到進一步提高可靠性的預期效果。此外，在高壓場景下，大量晶閘管串聯(lián)存在電壓均衡和動作一致性問題。

5、綜上，還需要對可控避雷器進行結(jié)構(gòu)改進，使其旁路開關(guān)能在波前范圍內(nèi)導通，實現(xiàn)深度抑制快波前過電壓的能力，且化簡現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡化成本低，且具備相同功能的多端口混合式直流斷路器。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一方面，本發(fā)明提供一種基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器，避雷器包括固定部和可控部；所述固定部與所述可控部串聯(lián)；所述避雷器與保護單元并聯(lián)；

4、所述固定部設(shè)有第一過壓保護元件；

5、所述可控部設(shè)有一個可控模塊或多個可控模塊串聯(lián)；

6、所述可控模塊中并聯(lián)有第二過壓保護元件和混合旁路開關(guān)；

7、所述混合旁路開關(guān)設(shè)有可擊穿間隙和晶閘管。

8、可選的，所述第一過壓保護元件為金屬氧化物壓敏電阻。

9、可選的，所述固定部中還設(shè)有第一均壓電阻；

10、所述第一均壓電阻與所述第一過壓保護元件并聯(lián)。

11、可選的，所述可控模塊中還設(shè)有第二均壓電阻；

12、所述第二均壓電阻與所述第二過壓保護元件、可擊穿間隙和晶閘管并聯(lián)。

13、可選的，所述第一均壓電阻與所述第二均壓電阻的阻值比值等于所述第一過壓保護元件與所述第二過壓保護元件的額定電壓比值。

14、可選的，所述第二過壓保護元件為金屬氧化物壓敏電阻。

15、可選的，所述可擊穿間隙的電極結(jié)構(gòu)為平行板間隙結(jié)構(gòu)。

16、可選的，所述可擊穿間隙的電極橫向尺寸為間隙距離的5-60倍。

17、可選的，所述可擊穿間隙的電極呈圓盤狀結(jié)構(gòu)，間隙距離為毫米級；

18、所述可擊穿間隙的電極直徑為間隙距離的15-60倍。

19、另一方面，本發(fā)明還提供一種基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器控制方法，其包括如下步驟：

20、s1、實時監(jiān)測固定部電壓，當監(jiān)測值超出設(shè)計值時，混合旁路開關(guān)合閘，使可控部退出；

21、s2、當所述固定部電壓超出閾值時，所述混合旁路中晶閘管導通；

22、s3、當可控部電壓下降，且所述晶閘管的電流小于維持電流，所述晶閘管關(guān)斷，使所述混合旁路開關(guān)分閘，并投入所述可控部；

23、避雷器退出電壓抑制過程。

24、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

25、本發(fā)明通過可擊穿間隙縮短旁路開關(guān)的合閘時間，使可控避雷器具備深度抑制快波前過電壓的能力同時減小避雷器荷電率，模塊化設(shè)計避免了晶閘管大量串聯(lián)帶來的動作一致性問題，減少了晶閘管的冗余數(shù)量，能有效降低系統(tǒng)暫態(tài)過電壓水平，減小系統(tǒng)絕緣電凈距。

技術(shù)特征：

1.一種基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器，其特征在于：避雷器包括固定部和可控部；所述固定部與所述可控部串聯(lián)；所述避雷器與保護單元并聯(lián)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器，其特征在于：所述第一過壓保護元件為金屬氧化物壓敏電阻。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器，其特征在于：所述固定部中還設(shè)有第一均壓電阻；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器，其特征在于：所述可控模塊中還設(shè)有第二均壓電阻；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器，其特征在于：所述第一均壓電阻與所述第二均壓電阻的阻值比值等于所述第一過壓保護元件與所述第二過壓保護元件的額定電壓比值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器，其特征在于：所述第二過壓保護元件為金屬氧化物壓敏電阻。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器，其特征在于：所述可擊穿間隙的電極結(jié)構(gòu)為平行板間隙結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器，其特征在于：所述可擊穿間隙的電極橫向尺寸為間隙距離的5-60倍。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器，其特征在于：所述可擊穿間隙的電極呈圓盤狀結(jié)構(gòu)，間隙距離為毫米級；

10.一種基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器控制方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于混合旁路開關(guān)的模塊化快速可控避雷器及其控制方法，避雷器與保護單元并聯(lián)，其包括固定部和可控部，且固定部與可控部串聯(lián)。其中，固定部設(shè)有第一過壓保護元件；可控部設(shè)有一個可控模塊或多個可控模塊串聯(lián)，模塊中并聯(lián)有第二過壓保護元件和混合旁路開關(guān)?；旌吓月烽_關(guān)設(shè)有可擊穿間隙和晶閘管。本發(fā)明通過可擊穿間隙縮短旁路開關(guān)的合閘時間，使可控避雷器具備深度抑制快波前過電壓的能力同時減小避雷器荷電率，模塊化設(shè)計避免了晶閘管大量串聯(lián)帶來的動作一致性問題，減少了晶閘管的冗余數(shù)量，能有效降低系統(tǒng)暫態(tài)過電壓水平，減小系統(tǒng)絕緣電凈距。

技術(shù)研發(fā)人員：齊磊,張翔宇,楊太,沈弘,東野忠昊
受保護的技術(shù)使用者：華北電力大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9