[發明專利]一種直流電力系統用避雷器控制方法及裝置

有效

• 申請號: 202011340280.2
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112531464B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 楊蘭均;王超;魏鵬;劉杉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;全球能源互聯網研究院有限公司
• 主分類號: H01T4/02
• 分類號: H01T4/02;H01T4/12;H02H9/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種直流電力系統用避雷器控制方法及裝置，當出現電力系統過電壓時，可控間隙的等離子體注入系統接收動作指令，向可控間隙持續噴射等離子體，等離子體射流噴射期間，可控間隙均處于自持的低電阻狀態，將避雷器可控部分電壓鉗位至零，母線電壓加載在避雷器固定部分兩端。等離子體射流停止注入后，可控間隙絕緣恢復到未注入等離子體時的高電阻狀態，母線電壓加載在避雷器兩端。本發明成本低，結構簡單，可靠性高，在過電壓倍數很低的情況下便能及時投入可控避雷器限壓吸能，能有效實現可控避雷器穩態下低荷電率和暫態下低殘壓。

技術領域

本發明屬于脈沖功率技術領域，具體涉及一種直流電力系統用避雷器控制方法及裝置。

背景技術

避雷器是電力系統中常見的電力設備，其作用是限制電力系統中的過電壓。隨著電網電壓等級的提升以及直流輸電的興起，在很多情況下(如直流線路交流側發生接地故障導致換向失敗)現有常用的氧化鋅避雷器限制過電壓的性能達不到保護電力系統穩定運行的要求，為了獲得更優異的過電壓限制的性能，可以采用可控避雷器。

針對這一情況，現有可控避雷器的幾種方案：

①避雷器的可控部分兩端并聯機械開關。其動作速度慢，難以快速響應；

②避雷器的可控部分兩端并聯半導體開關。半導體開關成本較高，且進入并維持低阻抗導通狀態需要外部回路持續供給大于mA級的擎住電流電流，否則無法進入自持；

③避雷器的可控部分并聯自擊穿氣體間隙。氣體間隙的擊穿取決于施加在間隙兩端的電壓，分散性較大。避雷器電壓與系統電壓有關，當系統電壓較低時，避雷器的固定部分電阻極大，流經間隙的電流極小，使得間隙導通時間短，電弧無法自持；

④避雷器的可控部分并聯氣體觸發間隙。強制觸發的方式可控制間隙的導通，提高間隙的動作可靠性。但當系統電壓較低時，由于避雷器的固定部分電阻極大，流經間隙的電流極小，間隙導通時間短、發生熄弧的問題仍未解決。

⑤避雷器的可控部分并聯帶RC續流回路的氣體觸發間隙。在強制觸發間隙以后，通過RC續流回路放電可使間隙的電弧得以維持。RC續流回路影響避雷器的可控部分和固定部分的電壓分壓，且需要接入系統取能，難以平衡快速取能和提供足量續流的問題，受制于取能效率，存在動作死區。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種直流電力系統用避雷器控制方法及裝置，可控間隙并聯在避雷器可控部分兩端，正常工況下無動作指令，可控間隙處于高電阻狀態，可控間隙的電阻值遠大于避雷器固定部分和避雷器可控部分的電阻值，母線電壓加載在避雷器兩端。當出現電力系統過電壓時，可控間隙的等離子體注入系統接收動作指令，向可控間隙持續注入等離子體，等離子體注入期間，可控間隙均處于自持的低電阻狀態，將避雷器可控部分電壓鉗位至接近于零，母線電壓加載在避雷器固定部分兩端。等離子體射流停止注入后，可控間隙絕緣恢復到未注入等離子體時的高電阻狀態，母線電壓加載在避雷器兩端。可控間隙通過動態改變避雷器的伏安特性，限制電力系統過電壓。可控間隙電阻狀態切換的特性不依賴于外部回路提供能量，也不受制于外部回路參數的影響。其成本低，結構簡單，可靠性高，能有效實現可控避雷器穩態下低荷電率和暫態下低殘壓。

本發明采用以下技術方案：

一種直流電力系統用避雷器控制方法，在母線和地線之間串聯避雷器固定部分和避雷器可控部分，避雷器可控部分的兩端并聯可控間隙，可控間隙處于高電阻狀態，可控間隙的電阻值遠大于避雷器固定部分和避雷器可控部分的電阻值，母線電壓加載在避雷器兩端，當出現電力系統過電壓時，可控間隙的等離子體注入系統接收動作指令，向可控間隙持續噴注入離子體，等離子體注入期間，可控間隙處于自持的低電阻狀態，將避雷器可控部分電壓鉗位至零，母線電壓加載在避雷器固定部分兩端，等離子體射流停止注入后，可控間隙絕緣恢復到未注入等離子體時的高電阻狀態，母線電壓加載在避雷器兩端，可控間隙通過動態改變避雷器的伏安特性限制電力系統過電壓。