ACS6000無快熔保護方式分析探討
發(fā)布時間：2019-08-02 15:45:20來源：
acs6000無快熔保護方式的分析acs6000采用無快熔全觸發(fā)保護方式，當某一橋臂的脈沖紊亂或igct不能關(guān)斷導致橋臂直通短路時，故障電流在快速短路保護裝置（fscd）中感應(yīng)出異常電源，給int接口板發(fā)出異常光信號。故障單元int板判斷接受到的信號異常時，通過int板間的光纖鏈路，快速讓所有int發(fā)出全觸發(fā)脈沖，使所有橋臂的igct脈沖導通，分流故障橋臂的過電流。系統(tǒng)為保證全觸發(fā)保護的快速性，所有整流和逆變裝置的int接口板之間都有專門的光纖鏈路。全觸發(fā)保護同時，主逆變器int板發(fā)出直流高壓開關(guān)分閘指令，每臺逆變器int發(fā)給各自勵磁裝置電源跳閘指令，避免電源側(cè)和馬達側(cè)能量繼續(xù)流入裝置。3.1 無快熔全觸發(fā)保護方式優(yōu)點一般情況下，快熔保護的速度一般很難保護故障回路受損，在采用快熔設(shè)計的系統(tǒng)中通常是考慮避免故障擴大化的目的；同時，大容量系統(tǒng)的高速快熔制造難度較大，交直流回路中并聯(lián)使用量較多。基于考慮大容量的高速快熔難于精確制造、精度差、使用量大、更換成本高等缺點，abb公司在acs6000系統(tǒng)中采用了無快熔全觸發(fā)保護方式。全觸發(fā)保護方式采用觸發(fā)所有整流逆變橋臂來分流故障橋臂電流的設(shè)想，避免了故障橋臂硬件受損。3.2 無快熔全觸發(fā)保護方式的原理全觸發(fā)保護方式在直通短路故障時，由快速短路保護板（fscd）檢測到故障信號，發(fā)出脈沖送到int接口板，由int板之間光纖的互相鏈路控制所有的int板發(fā)出全觸發(fā)脈沖，保護故障橋臂。fscd快速短路保護裝置在系統(tǒng)中共設(shè)有4個，分別位于直流正負母線整流器側(cè)和逆變器側(cè)直流電抗器上，見圖3中（a）。該裝置是一個無源裝置，它通過igct通斷時產(chǎn)生的電流脈動在直流電抗器中產(chǎn)生一定脈動磁場，該磁場在fscd的線圈內(nèi)產(chǎn)生脈動電源，見圖3中（b）。對該感應(yīng)電源進行半波整流后，控制發(fā)光二極管發(fā)光時間。正常igct通斷導致的fscd發(fā)光二極管發(fā)光頻率與igct導通頻率基本一致，發(fā)光時間一般不會超過6μs；當橋臂直通故障時，直流電流脈動加大，fscd感應(yīng)的能量增大，其發(fā)光二極管發(fā)光時間變長。整流或逆變控制系統(tǒng)接受到fscd發(fā)出光信號超過6~10μs時，認為故障發(fā)生；同時發(fā)生全觸發(fā)保護脈沖指令，整流和逆變所有橋臂igct導通，分流故障橋臂過電流，保護故障橋臂。
（a）fscd在系統(tǒng)中的位置 （b）fscd裝置的結(jié)構(gòu)
圖3 fscd快速短路保護裝置
圖3 fscd快速短路保護裝置
3.3 無快熔全觸發(fā)保護過程分析
當系統(tǒng)發(fā)出全觸發(fā)保護脈沖時，所有橋臂全部直通短路，將進線電源、電容電荷以及馬達饋線全部短路。全觸發(fā)保護的結(jié)果就是避免電源能量和馬達回饋能量流入橋臂，同時將電容電荷通過導通橋臂釋放掉。因此，全觸發(fā)保護時，在每個橋臂中將流過短路電流，直到高壓開關(guān)分閘、電容電荷釋放結(jié)束以及馬達回饋能量結(jié)束。
（1）電源能量與馬達回饋能量短路釋放分析
當故障發(fā)生時，整流器側(cè)igct在全觸發(fā)脈沖后全導通，對于整流變壓器來說就是二次側(cè)電源發(fā)生短路。圖4為器件全觸發(fā)導通時電源能量單相釋放回路示意圖，ch1、ch2、ch3三根藍色線代表三條放電回路，但是ch2和ch3都通過一個相同的igct（設(shè)短路時l3相為正電流）。對進線故障電流進行測量，波形如圖5。圖5中三根波形曲線為三相電流波形，測試線圈套在每相的1根電纜上（每相共5根電纜并聯(lián)），電流傳感器變比為1000a:1v。從圖5中可以看出相比較大電流為4v左右，對應(yīng)比較大電流為i=1000×4×5=20ka；同樣計算，該相第二波頭峰值為17ka，第三波頭峰值為15ka。由于釋放回路為兩個器件并聯(lián)，所以通過單個器件的比較大電流為10ka。根據(jù)igct特性參數(shù)，其允許通過工頻、不重復的40ka峰值電流10ms（即半波）。根據(jù)上述計算的半波峰值電流，按照公式∫i2tdt計算出來的值盡管沒有超過額定耐受值，但由于大電流重復出現(xiàn)將器件結(jié)溫升高，將影響igct器件特性，甚至損傷器件。馬達回饋能量釋放回路與電源能量釋放回路基本相同。
當系統(tǒng)發(fā)出全觸發(fā)保護脈沖時，所有橋臂全部直通短路，將進線電源、電容電荷以及馬達饋線全部短路。全觸發(fā)保護的結(jié)果就是避免電源能量和馬達回饋能量流入橋臂，同時將電容電荷通過導通橋臂釋放掉。因此，全觸發(fā)保護時，在每個橋臂中將流過短路電流，直到高壓開關(guān)分閘、電容電荷釋放結(jié)束以及馬達回饋能量結(jié)束。
（1）電源能量與馬達回饋能量短路釋放分析
當故障發(fā)生時，整流器側(cè)igct在全觸發(fā)脈沖后全導通，對于整流變壓器來說就是二次側(cè)電源發(fā)生短路。圖4為器件全觸發(fā)導通時電源能量單相釋放回路示意圖，ch1、ch2、ch3三根藍色線代表三條放電回路，但是ch2和ch3都通過一個相同的igct（設(shè)短路時l3相為正電流）。對進線故障電流進行測量，波形如圖5。圖5中三根波形曲線為三相電流波形，測試線圈套在每相的1根電纜上（每相共5根電纜并聯(lián)），電流傳感器變比為1000a:1v。從圖5中可以看出相比較大電流為4v左右，對應(yīng)比較大電流為i=1000×4×5=20ka；同樣計算，該相第二波頭峰值為17ka，第三波頭峰值為15ka。由于釋放回路為兩個器件并聯(lián)，所以通過單個器件的比較大電流為10ka。根據(jù)igct特性參數(shù)，其允許通過工頻、不重復的40ka峰值電流10ms（即半波）。根據(jù)上述計算的半波峰值電流，按照公式∫i2tdt計算出來的值盡管沒有超過額定耐受值，但由于大電流重復出現(xiàn)將器件結(jié)溫升高，將影響igct器件特性，甚至損傷器件。馬達回饋能量釋放回路與電源能量釋放回路基本相同。