配電系統中的選擇性保護系統的製作方法

2023-09-19 08:26:15

專利名稱：配電系統中的選擇性保護系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種配電系統中的選擇性保護系統。
背景技術：
變電站直流系統採用放射形、放射形與環形混合及環形等多種供電方式，保護電 器一般為三級或四級級差串聯使用。直流系統目前普遍採用低壓直流斷路器作為保護電 器。直流斷路器上、下級之間的選型正確與否以及是否把直流電源的故障電流限制在最小 範圍內，關係到電力系統運行的安全，對防止系統破壞、事故擴大和設備損壞極為重要。這 就存在著保護元件如何正確選型及上、下級之間選擇性保護的配合問題。所謂選擇性保護是指配電系統中兩個或幾個斷路器或熔斷器之間的電流_時間 特性的配合，當在給定範圍內出現過電流故障時，指定在這個範圍動作的斷路器或熔斷器 動作，而其他的斷路器或熔斷器不動作，從而將受故障影響的負載數目保持在最小程度。在 直流系統中，因各地供電局對各變電站蓄電池容量的選取、直流屏及測控保護屏供電方式、 連接方式和保護重要度等技術要求不同，其分布位置就相應不同，導致導線、導體選取的截 面積、長度都不一樣，這些因素的差異，都會使迴路電阻值產生變化，電阻值的變化使短路 電流值也隨之產生變化，致使每個站的短路電流都不一樣。所以，變電站直流系統的斷路器 級差配合方案設計，由於上述因素的變化太大，一直沒有很好的辦法解決。決定一個低壓直流系統運行安全性和可靠性的不是某一個元件的性能，而是全部 元件的協同配合。因此，直流系統中上、下級之間是否具有保護的選擇性配合，直接關係到 能否把直流電源的故障限制在最小範圍內。目前，為了滿足級差配合的選擇性要求，實現上 級斷路器不誤動，或者即使上級誤動，也不致於造成事故擴散，主要有以下三種解決方案1.直流系統中饋電屏(或分電屏)上斷路器與測控保護屏上斷路器採用一對一的 供電方式，該方式導致的問題是每對斷路器之間都有二條導線，饋電屏(或分電屏)與測 控保護屏之間的距離小則十幾米，多則上百米，這又多又長的導線捆在一起，經過多年的運 行使用會產生複雜而又混亂問題，如導線與斷路器連接鬆動；導線的絕緣下降；意外的損 傷、咬傷；交織在一起的導線隱藏著多路相互短路或電弧放電著火等危害，將會導致測控保 護屏全面失電的重大隱患；2.盲目加大上級斷路器的額定電流。通過加大上、下級斷路器瞬動整定值的差值 來保證選擇性要求，這樣做不僅有可能會造成斷路器靈敏度不夠，導致斷路器拒動，且經濟 實用性較差；3.測控保護屏選用B型脫扣器的特性的斷路器。此種方式存在著誤動的可能。標 準GB10963.2規定，B型脫扣器特性的短路瞬時動作範圍是4 71η。如果測控保護屏中 某一迴路選用B2A微型斷路器，那麼迴路中電流只要大於8A，比如8. 5A，這個斷路器瞬時脫 扣器就會動作(0.01s內)。而安裝於測控保護屏中的各種裝置，因為功能不同，特性不同， 生產廠家不同，在啟機、運行過程中，都有可能產生足夠使B型特性斷路器誤動作的擾動電 流。

發明內容
鑑於上述，本發明的目的是提供一種配電系統中的選擇性保護系統，系統中使用 的直流小型斷路器具有動鐵心運動距離與額定電流相關的特性。此種類型的直流小型斷路 器在保持基本模數不變的情況下，通過優化內部結構，使得同一系列的直流斷路器不同的 額定電流下，動鐵心的運動距離不同。在直流配電系統中，採用此種類型的直流小型斷路器 能夠解決直流系統中存在的級差配合與接線複雜問題，為用戶提供既經濟又可靠的直流電 源系統保護電器配置方案，實現一隻饋電屏斷路器對多隻測控保護屏斷路器的配合而且具 有選擇性保護，有著極高的技術、經濟價值，是直流系統測控保護屏與上級級差配合理想的 保護元件。為完成本發明的目的，本發明採取的技術方案是一種配電系統中的選擇性保護系統，包括上級斷路器和下級斷路器，上級斷路器 和下級斷路器之間電連接，其特徵在於所述上級斷路器的動鐵心至上級斷路器的脫扣杆之間的距離大於下級斷路器的 動鐵心至下級斷路器的脫扣杆之間的距離。進一步地所述上級斷路器和下級斷路器為同一系列的直流小型斷路器。所述上級斷路器的額定電流大於等於10安培；所述下級斷路器的額定電流小於等於6安培；所述上級斷路器的動鐵心至上級斷路器的脫扣杆之間的距離大於等於下級斷路 器的動鐵心至下級斷路器的脫扣杆之間的距離的1. 5倍。本發明的有益效果是本發明採用的直流斷路器在不同的額定電流規格下其動鐵 心具有不同的運動距離，在保持原模數不變的情況下，通過改變磁脫扣系統中動鐵心的長 度來改變動鐵心至脫扣杆之間的運動距離，使得IOA及以上斷路器延遲動作，6A及以下斷 路器快速動作。這樣，兩種斷路器在分斷短路電流時，會有一個時間差，確保IOA及以上斷 路器在直流電源系統中不誤動和不拒動。此種動鐵心運動距離與額定電流相關的直流小型 斷路器結構簡單、可靠，能夠增強上、下級級聯效果，且在不使用三段保護產品的情況下，能 可靠實現直流系統的上、下級可靠全選擇性，使用戶在設計時做到安全、經濟、合理，為用戶 提供既經濟又可靠的直流電源系統保護電器配置方案，具有很高的技術、經濟效益。本發明 能做到上下級斷路器之間既具有最小的電流級差，又具有電流、能量、時問的選擇性，保證 電氣線路安全合理、使用方便和節約銅材。
具體實施例方式選擇性保護配合技術包括電流選擇性與時間選擇性兩種。電流選擇性是依靠相 鄰兩級斷路器中脫扣器不同的動作值實現的。當電網中出現短路故障時，由於線路阻抗的 原因，上、下級短路電流值不同，因此可實現選擇性保護；時間選擇性是指，上級斷路器使用 延時脫扣器或選用選擇性斷路器，即有一個固定的或可調的延時系統。出現短路故障時上 級斷路器的脫扣時間大於下級斷路器，從而具有選擇性。標準GB10963. 2規定，C型脫扣器 特性的短路瞬時動作範圍是7 151η，同時小型直流斷路器固有動作時間基本一致，故而當上、下級均採用小型直流斷路器作為保護元件時，只存在定值的配合，而不存在時間的配 合。因此，當電路中短路電流值大於上級斷路器瞬時動作值時，上、下級將同時動作，失去選 擇性。根據以上分析可知直流斷路器上、下級之間能否實現級差配合，取決於迴路中流 過的短路電流值及上、下級斷路器的動作時間差。只有在迴路中的短路電流值低於上級斷 路器的瞬動整定值，或雖達到了上級斷路器的瞬動整定值但下級斷路器先於上級分斷的情 況下，才能實現斷路器間的級差配合。因此，擴大上、下級間選擇性範圍需使上、下級斷路器 分斷時有一個時間差。經過多次試驗驗證及深入的理論分析，本發明將在保持原模數不變 的情況下，通過結構上的改進，使得同一系列的直流小型斷路器不同的額定電流規格具有 不同的分斷時間。這樣，上、下級斷路器在分斷短路電流時，會有一個時間差，確保了上級斷 路器在直流電源系統中不誤動和不拒動。本發明要解決的是電力工程直流電源系統測控保護屏與上級間選擇性保護問題， 為此，本發明提出了一種配電系統中的選擇性保護系統，包括上級斷路器和下級斷路器，上 級斷路器和下級斷路器之間電連接，其中上級斷路器的動鐵心至上級斷路器的脫扣杆之 間的距離大於下級斷路器的動鐵心至下級斷路器的脫扣杆之間的距離。所採用的上級斷路器和下級斷路器可為同一系列的直流小型斷路器，是一種結構 簡單、可靠、經濟實用的動鐵心運動距離與額定電流相關的直流小型斷路器。具體說明如下本發明的動鐵心運動距離與額定電流相關的直流小型斷路器主要包括外殼、接 線部分、操作機構、脫扣機構、磁脫扣系統、熱脫扣系統、動、靜觸頭系統和滅弧系統。其主要 工作原理與普通直流小型斷路器相同，此處不作贅述，重點介紹磁脫扣系統結構及主要參 數。斷路器瞬動保護元件一般使用電磁鐵機構，它由靜鐵心(主極鐵心)、動鐵心(銜 鐵)、線圈、反作用力彈簧組成。斷路器的瞬動保護元件是一種電流型電磁鐵，因此電磁鐵的 吸力F，由麥克斯韋公式得F = B2S/(4 μ 0) (1)式(1)中F為吸力，N ；B為磁通密度(電磁鐵動、靜鐵心工作氣隙的磁通密度)； S為極面的截面積，cm2 ； μ ^為真空中的磁導率。直流電磁鐵的電流線圈F = 3. 2 (Iff) 2S/ δ 2 ⑵式(2)中F為電磁鐵鐵心極面上的吸力，N ；I為勵磁電流，A ；W為線圈的匝數；δ 為動、靜鐵心的工作氣隙。反力彈簧計算公式為F1 = Kx (3)式(3)中=F1為彈簧反力值，N ；K為彈簧彈性恢復係數；χ為彈簧形變量。在運動過程中動鐵心受到的合力為F合=F-F1 = 3. 2 (Iff) 2S/ δ 2-Κχ (4)當動鐵心克服反力彈簧最初的反力大小，動鐵心向靜鐵心方向運動後，隨著運動 距離的增加，動、靜鐵心間的電磁間隙變小，彈簧的形變量增大，由公式⑷可以看出反力 彈簧力值與彈簧的形變量成正比，線圈產生的電磁力與動、靜鐵心的電氣間隙平方成反比。 當電路中短路電流線路達到斷路器瞬動整定值時，流過線圈中的電流產生的磁場使動鐵芯朝靜鐵芯方向運動，與動鐵芯鉚接一體的頂杆撞向磁脫扣杆，導致操作機構解鎖，斷路器斷 開。因此，改變動鐵心的運動距離將直接影響到動鐵心運動到脫扣杆的動作時間，進而影響 到斷路器的分斷時間。根據直流配電系統實際情況，現將同一系列的直流小型斷路器額定電流分為兩部 分，6A及以下與IOA及以上兩部分，且通過改變動鐵心長度的方法改變動鐵心至脫扣杆之 間的運動距離。具體來講，在保證斷路器正常分斷的前提下，減小了 IOA及以上斷路器動鐵 心的長度；在保證斷路器不滑扣的前提下，增大了 6A及以下斷路器動鐵心的長度，使得6A 及以下斷路器動鐵心運動距離為IOA及以上斷路器動鐵心運動距離的1. 5倍以上。對比其他廠家產品磁脫扣系統參數，經過理論分析及試驗驗證，6A斷路器動鐵心 長度為24. 4mm，動鐵心至脫扣杆之間的運動距離為0. 2-0. 4mm，分斷時間控制在2ms以內， 6A斷路器分斷以後的短路電流超過63A斷路器瞬時脫扣器動作閾值的維持時間不超過 0. 6ms ；63A斷路器動鐵心長度為23. 2mm，動鐵心至脫扣杆之間的運動距離為1. 5-1. 7mm，且 63A斷路器瞬時脫扣器的空行程總時間控制在大於0. Sms0因此，63A斷路器在直流電源系 統中不誤動也不拒動。經過多次試驗驗證此種類型的斷路器上、下級配合時，能夠大大增強級聯作用， 極大的擴大了上、下級斷路器級差配合的選擇性範圍。在此種優選實施例的情況下，當短路 電流低於上級斷路器額定電流24倍時，均能保證上、下級斷路器間的全選擇性保護。
權利要求
一種配電系統中的選擇性保護系統，包括上級斷路器和下級斷路器，上級斷路器和下級斷路器之間電連接，其特徵在於所述上級斷路器的動鐵心至上級斷路器的脫扣杆之間的距離大於下級斷路器的動鐵心至下級斷路器的脫扣杆之間的距離。
2.如權利要求1所述的配電系統中的選擇性保護系統，其特徵在於 所述上級斷路器和下級斷路器為同一系列的直流小型斷路器。
3.如權利要求2所述的配電系統中的選擇性保護系統，其特徵在於 所述上級斷路器的額定電流大於等於10安培；所述下級斷路器的額定電流小於等於6安培；所述上級斷路器的動鐵心至上級斷路器的脫扣杆之間的距離大於等於下級斷路器的 動鐵心至下級斷路器的脫扣杆之間的距離的1. 5倍。
全文摘要
本發明涉及一種配電系統中的選擇性保護系統，包括上級斷路器和下級斷路器，其中上級斷路器的動鐵心至其脫扣杆之間的距離大於下級斷路器的動鐵心至其脫扣杆之間的距離。本發明採用的直流斷路器在不同的額定電流規格下其動鐵心具有不同的運動距離，在保持原模數不變的情況下，通過改變磁脫扣系統中動鐵心的長度來改變動鐵心至脫扣杆之間的運動距離，使得10A及以上斷路器延遲動作，6A及以下斷路器快速動作。這樣，兩種斷路器在分斷短路電流時，會有一個時間差，確保10A及以上斷路器在直流電源系統中不誤動和不拒動。本發明能做到上下級斷路器之間既具有最小的電流級差，又具有電流、能量、時間的選擇性，保證電氣線路安全合理、使用方便。
文檔編號H02H7/22GK101997303SQ20091009107
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月21日 優先權日2009年8月21日
發明者劉芳, 南寅, 靳曉恆 申請人:北京人民電器廠有限公司;北京翠祥電器元件有限公司