ACS6000无快熔保护方式分析探讨
发布时间：2019-08-02 15:45:20来源：
acs6000无快熔保护方式的分析acs6000采用无快熔全触发保护方式，当某一桥臂的脉冲紊乱或igct不能关断导致桥臂直通短路时，故障电流在快速短路保护装置（fscd）中感应出异常电源，给int接口板发出异常光信号。故障单元int板判断接受到的信号异常时，通过int板间的光纤链路，快速让所有int发出全触发脉冲，使所有桥臂的igct脉冲导通，分流故障桥臂的过电流。系统为保证全触发保护的快速性，所有整流和逆变装置的int接口板之间都有专门的光纤链路。全触发保护同时，主逆变器int板发出直流高压开关分闸指令，每台逆变器int发给各自励磁装置电源跳闸指令，避免电源侧和马达侧能量继续流入装置。3.1 无快熔全触发保护方式优点一般情况下，快熔保护的速度一般很难保护故障回路受损，在采用快熔设计的系统中通常是考虑避免故障扩大化的目的；同时，大容量系统的高速快熔制造难度较大，交直流回路中并联使用量较多。基于考虑大容量的高速快熔难于精确制造、精度差、使用量大、更换成本高等缺点，abb公司在acs6000系统中采用了无快熔全触发保护方式。全触发保护方式采用触发所有整流逆变桥臂来分流故障桥臂电流的设想，避免了故障桥臂硬件受损。3.2 无快熔全触发保护方式的原理全触发保护方式在直通短路故障时，由快速短路保护板（fscd）检测到故障信号，发出脉冲送到int接口板，由int板之间光纤的互相链路控制所有的int板发出全触发脉冲，保护故障桥臂。fscd快速短路保护装置在系统中共设有4个，分别位于直流正负母线整流器侧和逆变器侧直流电抗器上，见图3中（a）。该装置是一个无源装置，它通过igct通断时产生的电流脉动在直流电抗器中产生一定脉动磁场，该磁场在fscd的线圈内产生脉动电源，见图3中（b）。对该感应电源进行半波整流后，控制发光二极管发光时间。正常igct通断导致的fscd发光二极管发光频率与igct导通频率基本一致，发光时间一般不会超过6μs；当桥臂直通故障时，直流电流脉动加大，fscd感应的能量增大，其发光二极管发光时间变长。整流或逆变控制系统接受到fscd发出光信号超过6~10μs时，认为故障发生；同时发生全触发保护脉冲指令，整流和逆变所有桥臂igct导通，分流故障桥臂过电流，保护故障桥臂。
（a）fscd在系统中的位置 （b）fscd装置的结构
图3 fscd快速短路保护装置
图3 fscd快速短路保护装置
3.3 无快熔全触发保护过程分析
当系统发出全触发保护脉冲时，所有桥臂全部直通短路，将进线电源、电容电荷以及马达馈线全部短路。全触发保护的结果就是避免电源能量和马达回馈能量流入桥臂，同时将电容电荷通过导通桥臂释放掉。因此，全触发保护时，在每个桥臂中将流过短路电流，直到高压开关分闸、电容电荷释放结束以及马达回馈能量结束。
（1）电源能量与马达回馈能量短路释放分析
当故障发生时，整流器侧igct在全触发脉冲后全导通，对于整流变压器来说就是二次侧电源发生短路。图4为器件全触发导通时电源能量单相释放回路示意图，ch1、ch2、ch3三根蓝色线代表三条放电回路，但是ch2和ch3都通过一个相同的igct（设短路时l3相为正电流）。对进线故障电流进行测量，波形如图5。图5中三根波形曲线为三相电流波形，测试线圈套在每相的1根电缆上（每相共5根电缆并联），电流传感器变比为1000a:1v。从图5中可以看出相比较大电流为4v左右，对应比较大电流为i=1000×4×5=20ka；同样计算，该相第二波头峰值为17ka，第三波头峰值为15ka。由于释放回路为两个器件并联，所以通过单个器件的比较大电流为10ka。根据igct特性参数，其允许通过工频、不重复的40ka峰值电流10ms（即半波）。根据上述计算的半波峰值电流，按照公式∫i2tdt计算出来的值尽管没有超过额定耐受值，但由于大电流重复出现将器件结温升高，将影响igct器件特性，甚至损伤器件。马达回馈能量释放回路与电源能量释放回路基本相同。
当系统发出全触发保护脉冲时，所有桥臂全部直通短路，将进线电源、电容电荷以及马达馈线全部短路。全触发保护的结果就是避免电源能量和马达回馈能量流入桥臂，同时将电容电荷通过导通桥臂释放掉。因此，全触发保护时，在每个桥臂中将流过短路电流，直到高压开关分闸、电容电荷释放结束以及马达回馈能量结束。
（1）电源能量与马达回馈能量短路释放分析
当故障发生时，整流器侧igct在全触发脉冲后全导通，对于整流变压器来说就是二次侧电源发生短路。图4为器件全触发导通时电源能量单相释放回路示意图，ch1、ch2、ch3三根蓝色线代表三条放电回路，但是ch2和ch3都通过一个相同的igct（设短路时l3相为正电流）。对进线故障电流进行测量，波形如图5。图5中三根波形曲线为三相电流波形，测试线圈套在每相的1根电缆上（每相共5根电缆并联），电流传感器变比为1000a:1v。从图5中可以看出相比较大电流为4v左右，对应比较大电流为i=1000×4×5=20ka；同样计算，该相第二波头峰值为17ka，第三波头峰值为15ka。由于释放回路为两个器件并联，所以通过单个器件的比较大电流为10ka。根据igct特性参数，其允许通过工频、不重复的40ka峰值电流10ms（即半波）。根据上述计算的半波峰值电流，按照公式∫i2tdt计算出来的值尽管没有超过额定耐受值，但由于大电流重复出现将器件结温升高，将影响igct器件特性，甚至损伤器件。马达回馈能量释放回路与电源能量释放回路基本相同。