[实用新型]一种快速电力电子断路器装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子半导体器件，属于电力系统柔性交流输电技术领域，尤其涉及一种用于电力系统线路通断保护的快速电力电子断路器装置。 

背景技术

随着国民经济的快速发展，社会对电力的需求不断增加，带动了电力系统的迅速发展，随之也带来了相应的问题。首先，由于电力系统的规模不断扩大，使得输配电网络的系统容量及短路电流不断增加，而短路电流的增大，对电力设备的容量与热稳定参数的要求也就越高；此外，各种复杂、精密、对电能质量敏感的用电设备也不断增加，如精密实验仪器、半导体制造、石化、冶金等重要生产加工行业需要连续正常的供电，这就要求线路保护装置要有更快的速度对电力故障做出反应。 

断路器作为输电线路中的一个重要环节，它的快速分断能力和分断电流能力直接影响着电网的正常运行，决定着是否能够提供用户需要的高质量电能。但是现阶段，中国交流输电中还是大量采用了传统的机械断路器。机械断路器有其突出的优点，即：导通稳定、带负载能力强。但它的缺点随着对电能质量要求的提高也越来越突出：1、开断时间长，从过流到产生保护的响应过程的时间一般要几十毫秒，甚至是上百毫秒，在这个级别的响应时间内，很多精密电路的器件都因过流产生而发生故障甚至完全毁坏，所以很难满足一些电力用户对故障电流开断的速动性要求；2、有些地区的短路电流已经达到甚至超过了断路器的遮断容量，为断路器的选择带来了困难；3、不能实时、灵活、连续的动作，易使事故扩大，破坏系统稳定性；4、在断开负载时往往有电弧产生，触头易烧损，在运行过程中有噪声，机械电气寿命受到限制。 

近年来，随着高压大电流电力电子器件(晶闸管、GTO、IGBT、IGCT、MCT、IEGT等)技术的飞速发展，以及FACTS技术研究与应用在电力系统中的不断推进，运用现代电力电子技术设计、研制和改造新型断路器成为当前断路器发展的目标。 

例如，申请号CN200810109200.5的专利文献公开了一种电子断路器，其具有输入端、输出端和电连接在输入端和输出端之间的开关，电子断路器监视开关所消耗的能量并在该能量达到阈值时断开开关以便保护开关，电子断路器还监视流过开关的电流并在必要时断开开关以保护负载。但是，该专利文献实际上只是在现有机械断路器的基础上采用电子电路来实现对流过开关的电流进行限制的方法，但在硬件特别是软件上并没有给出具体的结构设计方案。 

另外，申请号CN201110071796.6的发明专利文献提供一种电子断路器及其处理方法，该电子断路器及其处理方法，通过电流采样单元、限流控制单元、缓启单元、电流比较单元、电压采样单元、驱动单元以及电子开关等硬件电路来实现延时启动以及过流保护功能，从而可以避免采用微处理器进行过流保护引起的各种不稳定以及延迟问题。但该专利文献的电子断路器为单相可控开关，二极管方向为电流始终导通状态，无法实现关断，所以此电子断路器只能用在电流很小的电子设备中。 

实用新型内容

本实用新型鉴于上述问题，提供了一种用于电力系统线路通断保护的快速电力电子断路器装置，此装置主要是利用电力电子功率器件晶闸管的高速开关特性和大电流分断能力来实现对系统发生故障时的保护。 

本实用新型采用如下技术方案： 

本实用新型的快速电力电子断路器装置包括：反并联晶闸管、作为限压器的金属氧化物变阻器ZnO、RC阻容吸收电路、隔离开关、旁路开关以及控制系统和电流互感器，其中，金属氧化物变阻器ZnO与晶闸管并联，限制晶闸管两端电压；RC阻容吸收电路与晶闸管并联，用于吸收晶闸管开通和关断时产生的电压尖峰。 

本实用新型优选为，能够利用电力电子功率器件的高速开关特性和大电流分断能力来实现系统的短路电流保护，作为所述电力电子功率器件，能够使用GTO、IGBT、IGCT、MCT和IEGT中的任一种元件来代替所述反并联晶闸管。 

本实用新型优选为，由反并联晶闸管、金属氧化物变阻器ZnO和RC阻容吸收电路一体地结合而构成晶闸管模块。 

本实用新型优选为，隔离开关KI1和KI2在检修晶闸管模块时断开与晶闸管相连接的电源和负载；旁路开关KB1在检修晶闸管模块时将流经晶闸管模块的电流转移到旁路开关KB1；电流互感器检测电源输入端电流，作为触发晶闸管开关动作的依据。