[发明专利]抽水蓄能电站发电电动机多功能控制保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于抽水蓄能电站发电电动机水泵工况起动、发电工况并网、发电机转速过高制动、停机电气制动以及主开关长寿保护的多功能控制保护装置，它属于电力电子技术领域。

背景技术

抽水蓄能电站发电电动机水泵工况的起动方式有多种，15MW以上的大型发电电动机水泵工况起动当前主要采用大功率变频器起动。变频起动时间长，不利于电网的应急调整；变频起动电机转速达到额定转速需要投入电网时，存在变频电源与电网同步的问题，有时会产生冲击；变频器价格高、可靠性差、维修费用高。

抽水蓄能电站发电电动机发电工况的并网当前主要选择自动准同期并网，自动准同期并网很难实现理想的并网条件，因此电流和电磁力矩冲击总是存在的，过去就发生过因非同期并网而使发电机定子绕组绝缘破坏而短路的严重事故。

发电电动机发电工况带局域电网时，会因大负荷切除而引起发电机转速突升、电压增高的情况，影响安全供电，需要投入制动电阻来稳定发电机转速。过去制动电阻的投切使用机械开关，投切速度慢，电网供电质量不高。

发电电动机停机电气制动当前采用的多是机械开关投切，制动电流对开关触头的伤害很大，开关寿命低。

高压断路器在电路中起接通和断开负荷的重要作用，其工作的可靠性直接影响着供电系统的安全稳定、工厂企业的效益，因此人们对高压断路器的质量和使用寿命十分关注。但是高压断路器作为一种电气器件也是有一定寿命的，电压越高、电流越大其寿命越低。当由于维修不及时或质量缺陷而发生故障时，必定会造成很大的损失。据有关资料介绍，抽水蓄能电站发电电动机的主断路器平均每年要开合1000次以上，平均3～4年就要更换触头大修一次，条件差的情况一年就要大修一次，每次大修要40万元以上。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种由开关变压器模块构成的可用于抽水蓄能电站发电电动机水泵工况起动、发电工况并网、发电机高速抑制、停机电气制动以及主开关长寿保护的多功能控制保护装置，以克服上述各项不足。

开关变压器模块把变压器技术和晶闸管技术相结合，构成了一个可以承受任意高电压、任意大电流的电力电子开关模块组件。开关变压器模块是对晶闸管串联技术的改进（摒弃），同时又具有可以直接并用的优点，因而它极大地提高了由开关变压器模块构成的电力电子装置的容量和可靠性，使该类电力电子装置可以更广泛地应用在各种工业领域。

本发明提供一种由开关变压器模块构成的发电电动机多功能控制保护装置，包括主开关QF1、换相开关K1、K2，其特征在于还包括开关变压器TK、晶闸管SCR、辅助开关QF2、隔离开关K3、K4、K5、K6、制动电阻R6；主电路中各器件的连接顺序为：500KV母线----升压变压器T----换相开关K1、K2----主开关QF1----电流传感器CT----发电电动机FD；所述开关变压器TK原边（初级）绕组的上端经隔离开关K3接主开关QF1的上端，开关变压器TK原边（初级）绕组的下端经隔离开关K4接主开关QF1的下端，开关变压器TK付边（次级）绕组的两端接正反并联的晶闸管SCR，保护电路RC和压敏电阻YM是用于对晶闸管SCR提供保护；隔离开关K5的上端接辅助开关QF2的上端，隔离开关K5的下端三相短接；制动电阻R6经隔离开关K6接开关变压器TK的下端。

开关变压器的原边绕组按被控的交流电压要求绕制，开关变压器付边绕组按单只电力电子器件的耐压要求绕制，由于变压器原边绕组的电压可以任意高，因此被控电压可以做到任意高；这样一只器件就可以替代许多只器件的串联，解决了元器件串联的低可靠性问题。当所需调节电流较大时，可以采取增加付边绕组（多副绕组）的方法来解决；也可以采取模块并用的方法来解决。当电力电子器件采用半控器件（例如SCR）时，可以得到高电压大电流半控模块，其控制方法可以是相位控制。当电力电子器件采用全控器件（例如VMOS、IGCT等）时，可以得到高电压大电流全控模块，其控制方法可以是脉宽调制PWM控制。

主控单元可由计算机系统构成，例如可编程序控制器PLC、工控计算机COM、单片机；触发单元则根据所用电力电子器件选择；传感器单元一般为电压互感器PT和电流互感器CT，它为计算机系统提供电压信号和电流信号，从而构成以电压或电流为控制量的闭环控制系统。

附图说明

结合附图可清楚地了解本发明的特点及其对当前电力系统的意义。

图1是由开关变压器模块构成的发电电动多功能控制保护装置的基本电路。