一種基於載流隔離器的快速故障電流限制器的製作方法
2023-07-08 06:01:16
專利名稱：一種基於載流隔離器的快速故障電流限制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力系統靈活交流輸電(FACTS)領域故障電流限制器，具體涉及一種基於載流隔離器的快速故障電流限制器。
背景技術：
隨著電力系統的迅速發展，單機和發電廠容量、變電所容量、城市和工業中心的負荷和負荷密度的持續增加，以及電力系統之間的互聯，出現了一個新的突出問題，即現代大電力系統各級電網短路電流水平不斷增加。負荷中心大電源的投入進一步加快了短路電流水平的增長，系統中部分地區的短路電流已經達到甚至超過了斷路器的遮斷容量，而且上升趨勢越來越快，已經嚴重威脅到電力系統的安全運行。一旦發生短路故障，可能會造成故障線路中相關設備的燒毀，後果難以想像。針對這一問題最直接的解決方法就是採用更大遮斷能力的斷路器及其相應設備， 然而可供選擇的斷路器有限，並且在超高壓系統中，這種解決方法需要的高額成本使人望而卻步。因此出現了各種抑制故障電流的措施。傳統的限流器在發生故障之後線路斷開， 影響系統的潮流分布和穩定性。基於載流隔離器的快速故障電流限制器線路不斷開，故障結束後電流可從旁路開關繼續流通，不影響系統正常運行狀態下的潮流分布，運行可靠、靈活，極具工程應用前景。2009年5月，國家電網公司首次提出了「智能電網計劃」，智能電網將為新能源接入電力系統提供良好的技術平臺。根據預計，2020年中國可再生能源裝機將達到5. 7億千瓦，佔總裝機容量的35%，每年可減少煤炭消耗4. 7億噸標準煤，減排二氧化碳13. 8億噸。 其中，風能、太陽能等非水電的可再生能源比例將大大提高。大規模分布式電源、可再生能源的推廣應用將導致系統短路水平顯著增大。
發明內容
基於上述背景，本發明提供的基於載流隔離器的快速故障電流限制器的設計方案，能夠在系統發生故障時快速投入限流電抗器，抑制短路電流，提高電力系統運行的安全性和穩定性，故障結束後旁路限流電抗器，降低故障電流限制器的損耗，提高該故障電流限制器運行的經濟性，同時該故障電流限制器的載流部分不含晶閘管等大功率電力電子開關器件，造價低廉，體積較小，並且能夠及時檢測出系統電流故障，限制故障電流，並且不影響用戶的正常供電，解決「供電不間斷」的問題，增大供電可靠性，實現靈活自適應的故障電流處理和自愈，可實現在城市低壓電網中的大規模應用。本發明採用下述方案予以實施—種基於載流隔離器的快速故障電流限制器，其改進之處在於，所述快速故障電流限制器包括載流隔離器1、點火脈衝變壓器2、電子測控單元3、傳感器4、限流電抗器5、 M0A6、旁路開關7、第一隔離開關8、第一接地刀閘9、第二隔離開關10、第二接地刀閘11和母線12 ；所述傳感器4、第一隔離開關8載流隔離器1和第二隔離開關10依次連接在母線12上；所述第一接地刀間9和第二接地刀間11 一端連接在母線上，另一端接地；所述電子測控單元3分別和傳感器4的一端和點火脈衝變壓器2的一端連接；所述點火脈衝變壓器 2的另一端和載流隔離器1連接；所述旁路開關7、M0A6和限流電抗器5依次並聯。本發明提供的一種優選的技術方案是所述載流隔離器1為絕緣管。 本發明提供的第二優選的技術方案是所述電子測控單元3包括一個輔助直流電源、點火開關投切裝置、狀態監視元件、保護測量以及點火開關投切裝置免受外來影響導致誤動作的抗幹擾單元。本發明提供的第三優選的技術方案是所述傳感器4採用一般的電流互感器或新型的光CT傳感器。本發明提供的第四優選的技術方案是限流電抗器5為空氣芯線圈。本發明提供的第五優選的技術方案是所述M0A6和限流電抗器5並聯，構成限流電抗器5的保護部分。本發明提供的第六優選的技術方案是所述基於載流隔離器的快速故障電流限制器的工作順序載流隔離器1斷開-限流電抗器5接入-旁路開關7合閘-第一隔離開關 8和第二隔離開關10實現載流隔離器退出_更換載流隔離器1-第一隔離開關8和第二隔離開關10實現載流隔離器1接入_旁路開關7斷開-基於載流隔離器的快速故障電流限制器重新接入。本發明提供的第七優選的技術方案是電力系統在允許短時停電的情況下，整個基於載流隔離器的快速故障電流限制器可將第一隔離開關8、第一接地刀閘9、第二隔離開關10和第二接地刀閘11省去。本發明提供的第八優選的技術方案是所述電力系統只要求斷開電路，不要求限制故障電流的情況下，也可僅使用載流隔離器1，省去並聯的限流電抗器5和M0A6。與現有技術相比，本發明達到的有益效果是1、本發明提供的基於載流隔離器的快速故障電流限制器中的載流隔離器實現斷開並轉移電流的功能，載流隔離器能快速響應並迅速斷開，造價經濟，更換方便，主電路導體可回收加工重新使用，降低了整個裝置的成本；2、本發明提供的基於載流隔離器的快速故障電流限制器中的限流電抗器與載流隔離器並聯，可瞬間完成電流轉移到限流電抗器上，並對故障電流加以限制，限流電抗器承受載流隔離器斷開後較高的過電壓，省去了通常並聯在載流隔離器兩端的熔斷器，降低了整個裝置的成本；3、本發明提供的基於載流隔離器的快速故障電流限制器中的MOA限制限流電抗器的瞬時過電壓，保護動作無延遲；4、本發明提供的基於載流隔離器的快速故障電流限制器中的旁路開關在故障結束後對限流電抗器進行旁路，降低系統正常運行時的損耗，不影響正常的潮流分布和系統穩定性；5、本發明提供的基於載流隔離器的快速故障電流限制器中的隔離開關實現載流隔離器的接入和退出，在維護檢修或者更換載流隔離器期間可保證不停電。
圖1是基於載流隔離器的快速故障電流限制器基本電路圖；圖2不含隔離開關的快速故障電流限制器基本電路；圖3是不含隔離開關的載流隔離器的基本電路。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做進一步的詳細說明。故障電流限制器的基本原理是在電力系統正常工作時，不影響系統潮流，在電力系統故障時投入限流裝置，限制短路電流。基於熔斷器和負荷開關的故障電流限制器的歷史最為悠久，目前已廣泛應用於IOkV城網，短路容量IeookVA及以下配電變壓器的開斷和保護中。但這種故障電流限制器的缺點是熔斷器的響應時間不夠迅速，熔斷器的斷開不能完全保證以及斷開後系統局部停電的問題。本發明提出的基於載流限制器的快速故障電流限制器在電力系統正常工作時，電流流經載流隔離器，功耗較低，一旦發生短路故障，系統電流增大，傳感器監測到短路電流，載流隔離器斷開，故障電流轉移到限流電抗器中。限制故障電流結束之後，旁路開關合閘，短接限流電抗器，電流從旁路開關流過，系統恢復到正常狀態，待線路維護檢修時，更換新的載流隔離器，然後斷開旁路開關之後，故障電流限制器即可重新投人運行。在電力系統故障期間，電力系統短路電流的第一個大半波峰值是電路短路時電流的最高瞬時值，此時電氣設備會遭受電磁力所產生的機械應力和電熱產生的熱應力。如果短路電流超過開關櫃、開關、電流互感器和電纜等的額定值，這些電氣設備很容易被電流的動力作用所損壞，因此，短路電流的第一個大半波峰值必需加以限制。電路中載流隔離器可通過較高的運行電流(最高達4500A)，電子測控單元通過傳感器檢測電流的瞬時值和/或上升斜率，當滿足以下任意條件時a.只有電流的瞬時值達到整定的響應值；b.只有電流的上升斜率達到整定的響應值；c.電流的瞬時值和上升斜率同時達到整定的響應值；d.電流的瞬時值先達到整定的響應值，電流的上升斜率後達到整定的響應值；e.電流的上升斜率先達到整定的響應值，電流的瞬時值後達到整定的響應值；f.電流的瞬時值和上升斜率不論先後順序達到整定的響應值。電子測控單元測量電流並提供點火能量，點火脈衝變壓器把點火脈衝變換至母線電位，引爆載流隔離器中的小炸藥包，爆炸產生的推力或撞擊力將載流隔離器從載流狀態變為隔離狀態，在短路電流上升的初始階段即將短路電流轉移流過限流電抗器加以限制 (轉移過程少於一毫秒)。當故障電流過大時，MOA導通分流起到保護限流電抗器的作用。 待故障結束後，二次控制保護系統將旁路開關合閘，將限流電抗器旁路，電流從旁路開關流過，不影響系統潮流分布和穩定性。更換載流隔離器，然後斷開旁路開關之後，故障電流限制器即可繼續投運。本發明提供的基於載流隔離器的快速故障電流限制器的關鍵器件有以下幾種如圖1所示，圖1是基於載流隔離器的快速故障電流限制器基本電路圖；1、載流隔離器載流隔離器的額定電壓為0. 75kV 40. 5kV，額定電流為630A 5000A，額定短路開斷電流(rms)為140kA 210kA，斷開時間< 1ms。其主要部件為一個絕緣管，爆炸在絕緣管內發生以確保安全，絕緣管內含有主導體爆炸橋，橋體中間封裝著小炸藥包，斷開時小炸藥包被點火觸爆，在爆破處導體被分開，實現載流隔離器從載流到隔離的狀態。導體內封裝炸藥的特性主要是產生爆炸衝擊力，不會產生很多的熱量和火焰。炸藥的含量經過精確計算，爆炸可以使導體分開，並且導體分開的距離超過額定電壓和電流下的熄弧距離，解決了熄滅電弧的問題，保證載流隔離器的完全斷開。絕緣管是由高強度、抗壓力、抗腐蝕、耐高溫、耐衝擊、阻燃性的塑料材質製成，保證爆炸不損壞周邊的其他設備，不造成更大的事故。 在爆炸斷開之後，絕緣管也會隨著載流隔離器一起整體更換，所以每一個新的絕緣管只承受爆炸衝擊的壓力一次，不需要壓力釋放進而重複使用。使用一次之後，載流隔離器的整體更換確保了安全性，保證整個故障電流限制器可以在電網中安全使用。2、點火脈衝變壓器 點火脈衝變壓器工作在暫態中，脈衝在短暫時間內產生。點火脈衝變壓器把來自電子測控單元的點火脈衝傳向載流隔離器中的主導體爆炸橋內封裝的小炸藥包。點火脈衝變壓器保證電子測控單元和具有母線電位的小炸藥包之間的電氣隔離。3、電子測控單元電子測控單元被裝在鋼板的控制箱中，包括一個輔助直流電源、點火開關投切裝置、狀態監視元件和保護測量以及點火裝置免受外來影響導致誤動作的抗幹擾單元。傳感器和電子測控單元之間的線路要通過抗幹擾單元，電子測控單元和交流電源之間的線路也要通過抗幹擾單元。在電子測控單元中，電流的上升陡度和/或瞬時值被用做點火的判斷原則。這兩個變量都被成比例地轉換成電壓，並通過一個邏輯門電路送至電子測量元件。當電流上升陡度和/或電流瞬時值達到相應的響應值時，則測量元件給出輸出信號。這個來自測量元件的輸出信號，導通了一個半導體器件，此器件通過點火脈衝變壓器使一個電容器對載流隔離器中的小炸藥包放電。4、傳感器傳感器可採用一般的電流互感器，也可採用新型的光CT等傳感器，特點是過流係數很大，具有低剩磁感應的空氣隙鐵芯，一、二次繞組之間呈現低阻抗。5、限流電抗器限流電抗器為空氣芯線圈，低阻抗特性可降低導通損耗。6、MOA金屬氧化物避雷器MOA是限流電抗器過電壓保護的必要措施。故障電流情況下， 如果限流電抗器電壓上升到危機電抗器安全的水平，此時MOA應能迅速導通分流。7、旁路開關旁路開關在幾十毫秒內實現限流電抗器的可靠短接，為限流電抗器的退出操作提供手段。8、隔離開關串聯在母線上的第一隔離開關和第二隔離開關打開、第一接地刀閘和第二接地刀閘閉合之後，實現載流隔離器的退出。第一接地刀閘和第二接地刀閘打開，串聯在母線上的第一隔離開關和第二隔離開關閉合之後，實現載流隔離器的接入。維護檢修或者更換載流隔離器期間，第一隔離開關和第二隔離開關能保證不停電。
如果電力系統要求不高，在允許短時停電的情況下，整個基於載流隔離器的快速故障電流限制器可以將第一隔離開關、第二隔離開關、第一接地刀閘和第二接地刀閘省去， 如圖2中所示，從而再次降低成本。如果電力系統要求不高，只要求斷開電路，不要求限制故障電流的情況下，也可以僅使用載流隔離器，省去並聯的限流電抗器和Μ0Α，如圖3所示，從而再次降低成本。 最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本申請的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本申請進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可對申請的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本申請精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本申請的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種基於載流隔離器的快速故障電流限制器，其特徵在於，所述快速故障電流限制器包括載流隔離器(1)、點火脈衝變壓器(2)、電子測控單元(3)、傳感器(4)、限流電抗器 (5) ,MOA(6)、旁路開關(7)、第一隔離開關(8)、第一接地刀閘(9)、第二隔離開關(10)、第二接地刀閘(11)和母線(12)；所述傳感器(4)、第一隔離開關⑶載流隔離器⑴和第二隔離開關(10)依次連接在母線(12)上；所述第一接地刀閘(9)和第二接地刀閘(11) 一端連接在母線上，另一端接地；所述電子測控單元(3)分別和傳感器(4)的一端和點火脈衝變壓器(2)的一端連接；所述點火脈衝變壓器(2)的另一端和載流隔離器(1)連接；所述旁路開關(7)、M0A(6)和限流電抗器(5)依次並聯。
2.如權利要求1所述的基於載流隔離器的快速故障電流限制器，其特徵在於，所述載流隔離器(1)為絕緣管。
3.如權利要求1所述的基於載流隔離器的快速故障電流限制器，其特徵在於，所述電子測控單元(3)包括一個輔助直流電源、點火開關投切裝置、狀態監視元件、保護測量以及點火開關投切裝置免受外來影響導致誤動作的抗幹擾單元。
4.如權利要求1所述的基於載流隔離器的快速故障電流限制器，其特徵在於，所述傳感器(4)採用一般的電流互感器或新型的光CT傳感器。
5.如權利要求1所述的基於載流隔離器的快速故障電流限制器，其特徵在於，限流電抗器(5)為空氣芯線圈。
6.如權利要求1所述的基於載流隔離器的快速故障電流限制器，其特徵在於，所述 MOA(6)和限流電抗器(5)並聯，構成限流電抗器(5)的保護部分。
7.如權利要求1所述的基於載流隔離器的快速故障電流限制器，其特徵在於，所述基於載流隔離器的快速故障電流限制器的工作順序載流隔離器(1)斷開-限流電抗器(5) 接入-旁路開關(7)合閘-第一隔離開關(8)和第二隔離開關(10)實現載流隔離器退出-更換載流隔離器(1)-第一隔離開關⑶和第二隔離開關(10)實現載流隔離器⑴接入-旁路開關(7)斷開-基於載流隔離器的快速故障電流限制器重新接入。
8.如權利要求1-7任一所述的基於載流隔離器的快速故障電流限制器，其特徵在於， 電力系統在允許短時停電的情況下，整個基於載流隔離器的快速故障電流限制器可將第一隔離開關(8)、第一接地刀閘(9)、第二隔離開關(10)和第二接地刀閘(11)省去。
9.如權利要求1-8任一所述的基於載流隔離器的快速故障電流限制器，其特徵在於， 所述電力系統只要求斷開電路，不要求限制故障電流的情況下，也可僅使用載流隔離器 (1)，省去並聯的限流電抗器(5)和M0A(6)。
全文摘要
本發明涉及一種基於載流隔離器的快速故障電流限制器，該裝置包括載流隔離器、點火脈衝變壓器、電子測控單元、傳感器、限流電抗器、MOA、旁路開關、第一隔離開關、第一接地刀閘、第二隔離開關、第二接地刀閘和母線；傳感器、第一隔離開關載流隔離器和第三隔離開關依次連接在母線上；第一接地刀閘和第二接地刀閘一端連接在母線上，另一端接地；電子測控單元分別和傳感器的一端和點火脈衝變壓器的一端連接；點火脈衝變壓器的另一端和載流隔離器連接；旁路開關、MOA和限流電抗器依次並聯；本發明提供的裝置能夠及時檢測出系統電流故障，限制故障電流，不影響用戶的正常供電，增大供電可靠性，實現靈活自適應的故障電流處理和自愈。
文檔編號H02H9/02GK102222893SQ20111016053
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月15日 優先權日2011年6月15日
發明者戴朝波, 武守遠, 謝煒 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞科技有限公司