[发明专利]一种撬棒保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及核聚变装置领域，具体为一种撬棒保护装置。

背景技术

随着托卡马克装置实验的不断发展，各类辅助加热系统扮演了越来越重要的角色，主要包括低杂波电流驱动及加热系统、电子回旋共振加热系统、离子回旋共振加热系统以及中性束注入加热系统等。

在上述这些辅助加热系统中，一般都需要高功率直流高压系统为其提供能量，通常要达到正或负30kVDC～90kVDC，系统总电功率一般几MW甚至几十MW。

尽管对于各类辅助加热系统负载有所不同，但是这类负载有一个共性，就是一般要求电源具备在极限故障下（如速调管过流或回旋管极间打火）能够进行微秒级快速检测故障电流并微秒级迅速分离电源能量(通常达到10J以下)以保证主要器件的安全。

目前对于这类快速保护有两种主要处理方式，一是利用高压电源系统自身的快速电流检测与关断电源的能力，另一种是利用外部开关器件旁路负载保护方式——撬棒，而高压电源自身的快速电流检测与关断能力主要用于快速关断电源，其缺点是无法避免线缆的分布参数储能对于负载故障电流的影响，而第二种方式——撬棒保护则正好可以弥补这一缺陷，撬棒装置一般安装于近负载侧，以最大限度的吸收故障电流能量从而减小对于负载的影响。

传统的撬棒保护装置是基于引燃管技术，作为导通大电流的开关，引燃管是一种比较成熟的技术，其通流能力强，触发电压范围宽，使用寿命长，但引燃管在多次导通以后，内部水银汽化逐渐凝固在管壁上无法自恢复，造成引燃管耐压逐渐降低而出现自闪（自导通），性能很不稳定，对于系统的正常运行有很大的影响，无法保证系统工作的可靠性，并且采用了重金属元素汞作为阴极，存在环境污染等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种撬棒保护装置，通过光纤的隔离控制，快速切除在负载打火时施加在负载两端的高压，转移负载故障电流，从而达到保护负载的目的，满足各种负载对于故障时吸收故障电流能量的最低要求。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种撬棒保护装置，其特征在于：包括控制及触发单元、构成撬棒通流路径的气体开关、供气至气体开关的气路单元；其中气体开关动作产生电信号，控制单元将气体开关产生的电信号转换为光信号后，采用光纤隔离传输至外部控制系统，同时控制单元采用光纤隔离接收外部控制系统发送的光复位信号，并将光复位信号转换为电信号以后实现故障复位，接收触发光信号并将其转换为触发电信号后再传送至触发单元，触发单元将控制单元送来的触发电信号进行隔离、放大、驱动后，产生高压触发气体开关导通。

所述的一种撬棒保护装置，其特征在于：还包括与气体开关连接的电流检测与比较单元，当高压电源输出电流超过负载保护阈值时，电流检测与比较单元自动产生触发信号触发撬棒导通，从而保护电源自身和负载。

本发明为EAST核聚变装置上4.6GHz低杂波系统的稳定运行提供了可靠的技术保障。可以有效的转移速调管打火时的故障电流，限制速调管吸收的故障电流能量，从而保障速调管的安全运行。

附图说明

图1为本发明组成结构示意图。

图2为本发明工作示意图。

图3中蓝色CH2为高压电源输出电压信号图。

图4为本发明控制单元原理图。

图5为本发明触发单元原理图。

图6为本发明电流检测与比较单元原理图。

具体实施方式

如图1、图2所示。一种撬棒保护装置，包括控制及触发单元、构成撬棒通流路径的气体开关、供气至气体开关的气路单元；其中气体开关动作产生电信号，控制单元将气体开关产生的电信号转换为光信号后，采用光纤隔离传输至外部控制系统，同时控制单元采用光纤隔离接收外部控制系统发送的光复位信号，并将光复位信号转换为电信号以后实现故障复位，接收触发光信号并将其转换为触发电信号后再传送至触发单元，触发单元将控制单元送来的触发电信号进行隔离、放大、驱动后，产生高压触发气体开关导通。

还包括与气体开关连接的电流检测与比较单元，当高压电源输出电流超过气体开关设置负载保护阈值时，电流检测与比较单元自动产生触发信号触发撬棒导通，从而保护电源自身和负载。

本发明中，气体开关由三个电极构成，分别是阳极（高压端）、阴极（地）和触发极，阳极和阴极之间构成高压通道，关断时承受高压，导通时承受大电流，触发极和阴极之间构成触发通道，控制阳极与阴极之间的开通与关断。