[实用新型]一种由过电压保护元件构成的过电压保护装置

说明书

本实用新型应用于硅变流设备抑制操作过电压并吸收大浪涌能量，能可靠地保护晶闸管、硅堆、整流二极管、大功率晶体管(GTR)、绝缘栅晶体管(IGBT)等各种电力半导体。避免电力半导体的过电压击穿事故。

硅变流设备在运行时会产生各种不可避免的操作过电压，如整流变压器空载拉闸、感性负载开断、过载跳闸及换向过电压等，这些操作过电压不仅过压倍数高(5～10倍)，而且还伴随着大量的浪涌能量的释放，如一台5000KA的整流变压器操作过电压所释放的能量最高可达14500焦耳。因此对硅变流设备的操作过电压必须要加以抑制，才能保证电力半导体不被过电压击穿，而且要求抑制操作过电压的元器件及其组合电路既能限制过电压又能吸收较高的浪涌能量。

目前，国内外硅变流设备均采用阻容保护、硒堆保护、BOD(break—over diode尚无中译文)电路保护和普通氧化锌压敏电阻保护抑制操作过电压。其中阻容保护是最常用的一种，它的保护效果虽然较好，但体积大，造价高，接线也较复杂；硒堆保护虽然能吸收较大的浪涌能量，但其非线性系数不高(一般为3～7)，因此限压能力不强，而且长期不用还会发生“贮存老化”；BOD保护是目前技术水平最高的一种，但造价比阻容保护还要高。

1970年代我国开始使用普通氧化锌(电)压敏电阻(主要有MY31和MYS型)对电力半导体进行过电压保护，它体积小，价格低，接线简单方便而且非线性系数高达15～35，限压能力极强，因此一度得到普遍采用，但是普通压敏电阻器采用的是高压型氧化锌压敏阀片(以下简称高压阀片)，能量吸收能力很差，按目前最大规格(标称电压2300V，通流量20KA)折算，其能量容量仅有2000焦耳，在高能量操作过电压冲击下，经常损坏，甚至发生爆炸，烧毁相邻元器件，使事故范围扩大化。近20年来，实际使用结果表明：普通压敏电阻运行一年的损坏率在20％以上，造成恶性停电事故的损坏率为3～5％，可见其可靠性极差，也很不安全。

综上所述，现行各种保护方案均存在着经济性和技术性之间的矛盾，严重阻碍着硅变流技术的发展。

本实用新型的目的是提出一种由过电压保护元件构成的过电压保护装置以解决现行过电压保护方案所存在的经济性和技术性之间的矛盾。其主要的构想是采用国际80年代中期研制成功的高能低场强氧化锌(电)压敏电阻阀片(以下简称高能阀片)为主要功能部件和特殊的结构设计，使本实用新型即能限制过电压又能吸收2千焦耳以上的大浪涌能量，而且体积小，能耗低，接线简单，性能价格比高，易于推广使用。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种由过电压保护元件构成的过电压保护装置，其特征在于：包括以高能低场强的氧化锌压敏电阻片为主部件构成的电力半导体过电压保护装置。

——所述的过电压保护元件RF₁～RF₆接成三相桥式电路，并将A、B、C三个端子分别接于晶闸管变流器(2)的AC进线侧，D、E端子分别接于变流器(2)的输出端，六组RC电路(R₁C₁～R₆C₆)分别并联于各过压保护元件RF₁～RF₆上吸收晶闸管换相过电压和高次谐波电压。

——所述的整流电路(22)和(33)的同极性输出端并联于a、b两点，过电压保护元件RF接于a、b两端，电阻器R₁、R₂和电解电容C构成一个阻容滤波回路也并联于a、b两端，A、B、C三个端子分别接于变流器(4)的AC进线侧，D、E端子分别接于变流器(4)的输出端。

——所述的整流电路(22)和(33)的同极性输出端并联于a、b两点，BOD(break—over diode)管与电阻R₃串联后并联于a、b两端，稳压二极管DW并联于电阻器R₃，快速晶闸管KK的阴极端C同e、d两点通过导线连接在一起，R₁、R₂和电容C构成一个阻容滤波回路且并联于a、b两端，A、B、C三个端子分别接于变流器(4)的AC进线侧，D、E端子分别接于变流器(4)的输出端。