专利名称：：可控金属氧化物避雷器、晶闸管阀开关及其过电流限制方法
技术领域：
：本发明涉及电力电子器件过电流保护领域，尤其涉及一种可控金属氧化物避雷器、可控金属氧化物避雷器的晶闸管阀开关及其过电流的限制方法。
背景技术：
：可控避雷器晶闸管阀开关主要由反并联的晶闸管器件串联组成。如图1所示，该晶闸管阀开关包括n个反并联的晶闸管SCR1、SCR2.....SCRn。其工作状态可以描述为当可控避雷器承受的端电压低于设定的触发阈值(晶闸管阀开关导通时刻对应的可控避雷器端电压峰值)时，晶闸管阀开关始终处于阻断状态，开关回路中只流过很小的泄露电流；当端电压超过触发阈值后，晶闸管阀开关立刻触发导通，开关回路流过短时冲击电流，直到端电压过零反向，晶闸管阀开关又恢复阻断能力。由于晶闸管属于一种电力电子器件，受制造工艺水平的限制，其耐受过电流的能力有限值要求。以一个特高压示范工程为例进行仿真研究表明，操作过电压作用下流经晶闸管阀开关的冲击电流(ITSM)和电流变化率(di/dt)较低，现有高压大功率晶闸管性能参数可以满足应用要求，但是在雷电过电压作用下，ITSM和di/dt数值很大，其中Itsm需要晶闸管管芯直径取5.0"以上才能满足要求，di/dt则远远超出现有晶闸管器件的耐受能力。晶闸管阀开关技术参数要求与现有晶间管器件电流参数耐受能力研究结果参见下表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表l晶闸管器件因过电流导致的损坏主要原因在于当电流幅值过大或者电流上升速度过快时，器件内部硅片产生的热量来不及散失，温度急剧升高从而引发硅片局部热击穿烧毁，为破坏性的物理损坏。选择大管芯直径的晶闸管器件虽然可以提高Itsm耐受能力，但成本增加难以接受，因此，对晶闸管阀开关回路的沖击电流幅值和变化率采取适当的措施加以限制是必须的。可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关与高压直流输电(HVDC)、可控串联补偿(TCSC)、静止无功补偿(SVC)等常规领域中晶闸管阀开关相比，应用条件有本质的差别，这使得可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关的过电流限制不能机械地照搬已有的方法，必须结合自身的特点研究确定。
发明内容本发明要解决的一个技术问题是提供一种可控避雷器晶闸管阀开关，能够减小可控避雷器晶闸管阀开关回路中瞬态沖击电流变化率。本发明提供一种可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关，在晶闸管阀开关回路中串联有限流电感。根据本发明的可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关的一个实施例，在晶闸管阀开关回路中串联有单个所述限流电感。根据本发明的可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关的一个实施例，在晶闸管阀开关回路中在每两个晶闸管之间串联有电感值相等的限流电感。其中，上述限流电感采用铁芯结构或者空心结构。进一步，限流电感的电感值取值为l-10mH。本发明提供的可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关，通过在晶闸管阀开关回路中串联限流电感，减小了可控避雷器晶闸管阀开关回路中冲击电流变化率。本发明还提供一种包括上述可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关的可控金属氧化物避雷器。本发明还提供一种超、特高压输电系统用可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关过电流的限制方法，包括在晶闸管阀开关回路中串联限流电感。根据本发明的方法的一个实施例，上述在晶闸管阀开关回路中串联限流电感的步骤包括在晶闸管阀开关回路的每两个晶闸管之间串联电感值相等的电感。根据本发明的方法的一个实施例，上述在晶闸管阀开关回路中串联限流电感的步骤包括在晶闸管阀开关回路的端部串联单个限流电感。图1示出现未采用限流措施的可控避雷器晶闸管阀开关的结构示意图2示出本发明的可控避雷器晶闸管阀开关的一个实施例的结构图示意图3示出本发明的可控避雷器晶闸管阀开关的另一个实施例的结构图示意图。具体实施例方式下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。常规应用领域晶闸管阀开关工作在系统稳态工况下，流过晶闸管阀开关回路的电流量为一持续通态电流。目前已有的晶闸管限流技术均是针对系统稳态工况提出来，抑制的也是持续通态电流量。可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关的工作条件与常规领域恰恰相反，在系统稳态时，阀开关始终处于阻断状态，只有在暂态工况下、满足晶闸管阀开关动作条件时阀开关才瞬时导通，流过阀开关回路的电流为短时浪涌电流，该浪涌电流是阀开关的正常工作电流，在常规应用领域则是不希望出现的。以常规领域高压大功率晶闸管限流通常采用的并联晶闸管分流技术为例，该浪涌电流变化速度快、持续时间短，尤其在雷电过电压下，浪涌电流波头时间在ps级，这要求各并联晶闸管器件具有极高的动作特性一致性，以目前的制造工艺来说不可能实现，因此并联晶闸管分流技术并不适用于可控避雷器晶闸管阀开关。针对可控避雷器晶闸管阀开关回路中冲击电流过大的问题，本发明提出了通过在晶闸管阀开关回路中串联电感作为限流措施的方案。图2示出本发明的可控避雷器晶闸管阀开关的一个实施例的结构图示意图。如图2所示，在该实施例中，限流电感的分布结构采用集中式结构，即将限流电感设计为单一电感21，与晶闸管阀开关回路中的晶闸管SCR1、SCR2、和SCRn串联。本领域的技术人员应当理解，电感21除了位于晶闸管阀开关回路的两端之外，也可以串联在晶闸管阀开关回路中的任意两个晶闸管之间。图3示出本发明的可控避雷器晶闸管阀开关的另一个实施例的结构图示意图。如图3所示，在该实施例中，限流电感的分布结构采用分布式结构，按照串联晶闸管个数将限流电感设计成电感值相等的ii个小电感Ll、L2、...、Ln，分别串联到晶闸管阀开关回路中的两个晶闸管之间。本发明的限流电感可以采用带4失芯结构或空心结构。可控金属氧化物避雷器为本发明的申请人中国电力科学研究院的专利技术。已有的串联电感限流方法是针对稳态电流量提出的，针对可控避雷器晶闸管阀开关这种暂态冲击电流量尚属首次提出。可控避雷器对晶闸管阀开关限流措施的应用限制只要体现在残压水平影响和过电流抑制效果2个方面。下面通过例子具体从串联电感对可控避雷器残压的影响程度和对晶闸管阀开关回路过电流的抑制效果2个方面，来说明本发明的方法和装置的可行性。首先说明串联电感对可控避雷器残压的影响程度。限流电感的引入，在迫使冲击电流更多地从晶闸管阀开关回路转移到与之并联的可控避雷器本体回路上的同时，其自身也必然要通过一定的冲击电流，在电感两端形成电压降，抬高可控避雷器的残压值，使得可控避雷器对系统的限压效果降低。对串联限流电感前后可控避雷器限压效果进行了仿真研究，串联限流电感后可控避雷器限制操作过电压的效果的部分结果列于下表2:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2由上表可以看出，当限流电感取值《5mH时，晶闸管阀开关串联限流电感，可控避雷器对操作过电压的限制效果相比目前采用的828kV避雷器与断路器加装合闸电阻联合方式限压效果依然有优势。对于雷电过电压，串联限流电感后系统过电压水平有一定程度的增大，结果不再列举。但是，可控避雷器概念的提出主要是为了深度限制操作过电压水平，对于变电站内电气设备的雷电过电压保护，可以通过优化设计可控避雷器与被保护设备之间的电气距离和/或采用828kV避雷器方式加以解决，因此，只要合理选择串联电感参数，晶闸管阀开关回路串入限流电感对可控避雷器限压效果的影响是有限的。下面说明串联电感对晶闸管阀开关回路过电流的抑制效果。由于操作过电压下开关回路电流幅值和变化率很小，见表3，并不需要采取限流措施，而雷电过电压下开关回路中产生的冲击电流幅值大、变化率快，研究雷电侵入波过电压作用下的限流效果既可以说明问题，雷电侵入波过电压下限流电感对过电流的抑制效果仿真研究结果见表4。操作过电压类型冲击电流幅值Itsm/1cA最大电流上升率di/dtM/A/jis接地故障过电压1.010.4合空线过电压2.314.4单相重合闸过电压2.511.4故障清除转移过电压2.813.0甩负荷过电压1.99.7表3限流电感L/mH沖击电流幅值iTSM/kA最大电流上升率di/dtM/A/jis052.987000116.438929.819537.013145.410054.480表4可见，限流电感可以显著降低晶闸管阀开关回路冲击电流的幅值，并拉长冲击电流的波头时间，使电流变化率明显降低，当限流电感取值5mH时，过电流幅值和变化率已可控制在现有晶闸管器件耐受能力范围内，并留有足够的^"度，限流效果理想。在对限流电感的限流效果模拟试验研究中，以单个晶闸管串联限流电感为例，可以得到与上述仿真结果相吻合的限流趋势，试验研究限流电感的限流效果趋势的试验数据参见下表5。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表5通过上面的分析表明，本文提出的在晶闸管阀开关回路中串联限流电感作为限制过电流措施是可行并且有效的，适宜可控金属氧化物避雷器采用。具体应用时，考虑到限流电感取值过大不利于可控避雷器限压，过小又无法满足限流要求，两方面综合考虑，推荐在l10mH范围内取值。本发明的可控金属氧化物避雷器、晶闸管阀开关及其过电流的限制方法适用于超、特高压输电系统。本发明通过在可控避雷器晶闸管阀开关回路中串联限流电感，显著减小了晶闸管阀开关回路中冲击电流幅值和电流变化率，使得现有高压大功率晶闸管器件可以满足晶闸管阀开关应用要求，并使晶闸管器件型号的可选择范围大大增加，实现兼顾技术性能和经济成本的要求。该措施能在一定程度上抑制了晶闸管阀开关回路中的电压变化率，有利于减少开关需要串联的晶闸管数量。此外，该措施结构简单，实施方便，成本低廉，对可控避雷器限制操作过电压的效果影响有限，是适宜晶闸管阀开关采用的较为理想的限流方式。本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。权利要求1.一种可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关，其特征在于，在晶闸管阀开关回路中串联有限流电感。2.根据权利要求1所述的可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关，其特征在于，所述晶闸管阀开关回路中串联有单个所述限流电感。3.根据权利要求1所述的可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关，其特征在于，所述晶闸管阀开关回路中在每两个晶闸管之间串联有电感值相等的所述限流电感。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关，其特征在于，所述限流电感采用铁芯结构或者空心结构。5.根据权利要求1至3中任意一项所述的可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关，其特征在于，所述限流电感取值为110mH。6.—种可控金属氧化物避雷器，包括晶闸管阀开关，其特征在于，在晶闸管阀开关回路中串联有限流电感。7.根据权利要求1所述的可控金属氧化物避雷器，其特征在于，所述晶闸管阀开关回路中串联有一个所述限流电感。8.根据权利要求1所述的可控金属氧化物避雷器，其特征在于，所述晶闸管阀开关回路中在每两个晶闸管之间串联有电感值相等的所述限流电感。9.根据权利要求1至3中任意一项所述的可控金属氧化物避雷器，其特征在于，所述限流电感采用^l失芯结构或者空心结构。10.根据权利要求1至3中任意一项所述的可控金属氧化物避雷器，其特征在于，所述限流电感取值为110mH。11.一种可控金氧化物避雷器晶闸管阀开关过电流的限制方法，其特征在于，包括在晶闸管阀开关回路中串联限流电感。12.根据权利要求11所述的可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关过电流的限制方法，其特征在于，所述在晶闸管阀开关回路中串联限流电感的步骤包括在所述晶闸管阀开关回路的每两个晶闸管之间串联电感值相等的电感。13.根据权利要求11所述的可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关过电流的限制方法，其特征在于，所述在晶闸管阀开关回路中串联限流电感的步骤包括在所述晶闸管阀开关回路的端部串联单个限流电感。全文摘要本发明提供了一种可控金属氧化物避雷器、可控金属氧化物避雷器的晶闸管阀开关及其过电流的限制方法。该晶闸管阀开关回路中串联有限流电感。本发明的可控金属氧化物避雷器、晶闸管阀开关及其过电流的限制方法，通过在晶闸管阀开关回路中串联限流电感，显著减小了可控避雷器晶闸管阀开关回路中冲击电流幅值和电流变化率，使得现有高压大功率晶闸管器件可以满足可控金属氧化物避雷器对晶闸管阀开关的应用要求。此外，该措施结构简单，实施方便，成本低廉，对可控避雷器限制操作过电压的效果无不良影响，是适宜可控金属氧化物避雷器晶闸管阀开关采用的理想的限流方式。文档编号H02H9/02GK101527559SQ20091008227公开日2009年9月9日申请日期2009年4月20日优先权日2009年4月20日发明者沈海滨,陈秀娟,陈维江申请人:中国电力科学研究院