並聯電感限流斷路器的製作方法
2023-11-29 22:47:01
專利名稱：並聯電感限流斷路器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電力系統短路故障保護裝置，特別涉及一種大容量 短路故障保護器件，以提高斷路器的開斷能力，保證其有效地切斷故障 電流。
背景技術：
隨著技術與經濟的發展，電力系統正通過自身擴容和網際互聯不斷 擴大規模，輸配電網絡的系統容量及短路電流隨之增大。短路電流增大， 給系統及用戶帶來的負面影響增加，對電力設備的電氣與熱穩定參數的 要求也就越高；短路容量增大還可能導致斷路器不能及時有效地切斷短 路電流，從而對電力設備造成不良影響。因此，為保證電力系統安全、 可靠和穩定運行，必須採取有效的措施限制短路電流的水平，以保證斷 路器有效地切斷故障電流。目前，限制電力系統短路電流的措施主要有:
(1) 提升電網電壓等級，將下一級電網分層、分區運行。低電壓等級 網絡被分成若干區域，以輻射狀接入更高一級的電網中，大容量的電廠 直接接入更高一級電網中，這樣，原電壓等級網絡的短路電流將隨之降 低。該措施可以有效抑制系統短路容量，但建造高一級電壓的網絡不僅 工程複雜、造價昂貴、降低了供電可靠性和運行靈活性，還會帶來電磁 汙染等問題。
(2) 多母線分列運行或母線分段運行。該措施可以大大減小短路容 量，能明顯地限制短路電流的水平，但降低了供電可靠性、增加了線路 損耗，並非電網發展的趨勢，在220KV及以上的高壓網絡一般不採用該 方式。(3) 採用熔斷式保護器。該措施對切斷短路電流起到積極作用，但其 反應速度較慢，不利於電網的穩態及暫態穩定，且對電網的瞬間電動力 沒有任何抑制作用；此外，熔斷式保護器一般是一次性的，給電網的維 護以及自動化帶來不便。
(4) 採用大容量斷路器。從現代電力系統及其技術發展來看，該方案 存在一定的局限性。 一方面，超大容量斷路器在技術上存在相當的難度; 另一方面，系統短路電流和斷路器設備遮斷容量太大會加重並聯設備的 技術要求，是不經濟的。
(5) 採用限流電抗器。在超高壓、長距離輸電線路中，裝設串聯電 抗器用得較多，這等於增加了輸電線路的距離，增大阻抗，從而限制短 路電流水平；此外，該措施補償了線路電容電流的影響，有效地改善了 線路末端的電壓水平。但該措施會增加網損、降低系統運行的穩定性。
此外，還有解列電網、採用直流輸電技術(背靠背BTB)，增大發電 機、變壓器等設備的阻抗等措施，均為通過改變網絡結構或參數來降低 短路電流水平。以上措施在不同程度上限制了短路電流的水平，但它們 均存在著各自的缺陷和不足，或以另一種形式對電網產生了不利影響， 或技術上實現困難(大容量斷路器)。為此，人們提出了故障限流器的概 念，該方案不改變系統的運行方式、網絡結構與正常運行狀態下的網絡 參數，可以滿足系統短路容量不斷增大的要求，能有效地切斷大容量的 故障電流。為此，人們對其展開了大量的研究工作。
發明內容
本實用新型提供一種並聯電感限流斷路器，目的在於克服現有斷路 器開斷能力之不足，提高其開斷能力，使之有效地切斷故障電流。
本實用新型的一種並聯電感限流斷路器，包括兩個並聯的線圈、與 線圈並聯的保護電阻、與線圈串聯的輔助斷路器和主斷路器，其特徵在於
所述第一線圈與第二線圈的異名端相連，兩個線圈並聯，耦合係數 為l;第一線圈與第一保護電阻並聯，再與輔助斷路器串聯；第二線圈與 第二保護電阻並聯，再與主斷路器串聯；整個裝置串聯接入主系統，當 控制迴路檢測到主系統發生短路故障時，發出控制信號，先打開輔助斷 路器，並聯電感解_耦，故障電流被限制在一定水平，再打開主斷路器， 完全切斷故障電流。
所述的並聯電感限流斷路器，其特徵在於所述並聯的第一線圈與 第二線圈材料為超導材料。
所述的並聯電感限流斷路器，其特徵在於所述主斷路器或輔助斷 路器為電力電子開關或者PWM變流器。
本實用新型利用無感耦合併聯電感的分流來減小輔助斷路器的幵斷 容量，利用並聯電感解耦後的限流來減小主斷路器的開斷容量，提高了 現有斷路器的開斷能力，使之可以切斷大容量短路電流。系統正常運行 時，異名端相連的並聯電感線圈通過無感耦合，使裝置處於低損耗的待 命狀態，系統電流由並聯電感線圈共同分擔；在系統發生短路故障時， 並聯電感的分流減小了輔助斷路器的開斷容量，當輔助斷路器打開後， 並聯電感解耦，阻抗大大增加，故障電流得到有效限制，減小了主斷路 器的開斷容量，從而使之有效地切斷故障電流。本實用新型中，輔助斷 路器與主斷路器採用分時開斷策略，從而實現了利用無感耦合併聯電感 的分流與解耦後的限流來分別減小它們的幵斷容量，提高其開斷能力。 本實用新型損耗很低，運行費用小，可以顯著地提高現有斷路器的開斷 能力，使之有效地切斷故障電流。
圖1為本實用新型實施例應用於交流系統的電路示意圖(單相)；
圖2為應用本實用新型時，線路電流^與輔助斷路器電流/，波形，橫 坐標為時間(s)，縱坐標為電流(KA);
圖3為應用本實用新型時，線路電流/5與主斷路器電流/2的波形，橫 坐標為時間(s)，縱坐標為電流(KA);
圖4為應用本實用新型時，第一線圈Wl的電壓"^與第二線圈W2 的電壓"^波形，橫坐標為時間(s)，縱坐標為電壓(KV)。
具體實施方式
本實用新型包括並聯的第一線圈W1與第二線圈W2，第一保護電阻 R1與第二保護電阻R2，輔助斷路器S1與主斷路器S2。整個裝置串聯接入 主系統，無感耦合的並聯第一線圈W1與第二線圈W2的異名端相連，耦 合係數A-M/V^"，式中，M為互感，L,為第一線圈W1的自感，L2 為第二線圈W2的自感。
系統運行正常時，輔助斷路器S1與主斷路器S2均處於閉合狀態，第 一線圈W1與第二線圈W2共同分擔線路電流(IS=I,+I2)，無感耦合的並聯 電感呈現的等效阻抗很小，幾乎為0(、=(以2-M2)/"+Z2 + 2M) 0)，於 是電感上的電壓降落也就很小，整個裝置處於低損耗的待命狀態。
當系統發生短路故障時，系統電流Is陡增，在輔助斷路器S1動作之前， 無感耦合的第一線圈W1與第二線圈W2仍然是共同承擔故障電流，但並 聯電感的分流減小了輔助斷路器S1的開斷容量，提高了其開斷能力，在 輔助斷路器S1動作，並聯電感的第一線圈W1被開斷後，並聯電感解耦， 阻抗大大增加，減小了主斷路器S2的開斷容量，提高了其開斷能力，從 而保證其有效地切斷故障電流。輔助斷路器S1開斷能力的提高是因為並聯電感的分流，主斷路器S2開斷能力的提高是因為並聯電感解耦後的限 流，而限流是依靠分時操作來實現的。
實施例如圖l所示，電路的相關參數如下
理想電源(110KV系統)^-110V^/^sinwKV，工頻y-50Hz; 並聯線圈的自感Z1=Z2= 80.1m//; 並聯線圈的互感M = 80w//;耦合係數A: = 0.9988; 保護電阻R1與R2: R1=R2=1000 Q; 輸電線路阻抗= 4e= 2.26 +1.32Q; 負載視在功率《。^ = 50MF + 乂IOM var 。
圖2 4所示為實施例應用於交流系統的波形圖，在此為更好地觀察 分流與限流效果，輔助斷路器SI與主斷路器S2的開斷時間與實際相比 均有一定的延時。故障前系統處於正常運行狀態，t-0.026s時，系統在負 載端發生接地短路故障，t=0.076s時，輔助斷路器SI開斷，t=0.116s時， 主斷路器S2開斷。
如圖2所示，細實線表示系統電流^ ，粗虛線表示輔助斷路器電流^ 。 系統正常運行時，電流峰值為1.08KA，短路期間，故障電流的瞬時峰值 最大達16.3KA (&16IN， lN為線路的額定電流)，若只使用一個斷路器來 開斷短路電流，則該斷路器的開斷容量至少需大於16KA，而由圖可知， 由於並聯電感的分流作用，流過輔助斷路器S1的電流只有系統短路電流 的一半，故斷路器的開斷容量可以減小一半，其開斷能力得到顯著提高。
如圖3所示，細實線表示系統電流/,，粗虛線表示主斷路器電流/2。 在輔助斷路器Sl開斷、並聯電感解耦之前，並聯電感起分流作用 (4=^+^)，在輔助斷路器S1開斷，並聯電感解耦之後(tX).08s)，系 統的故障電流全部由主斷路器S2來承擔(/5=/2)，但由於並聯電感的解 耦，裝置阻抗大大增加，進入限流狀態，故障電流得到有效降低，峰值 最大只有3.6KA (&3.3IN)，故主斷路器S2的開斷容量可以大大降低，其開斷能力得到顯著提高，從而可以有效地完全切斷故障電流。
圖4所示為並聯的第一線圈Wl與第二線圈W2兩端的電壓降落i^ 與 2，由圖可知，在輔助斷路器Sl開斷之前，由於並聯電感處於無感 耦合狀態，其兩端的電壓降落幾乎為0，故系統正常運行時裝置的損耗很 低。輔助斷路器S1開斷之後，並聯電感解耦，阻抗增大，第二線圈W2 成為系統的主要阻抗，故電感上的電壓降落接近於系統電壓。圖中"^與 ^2總是反向，是因為並聯線圈的異名端相連。
權利要求1.一種並聯電感限流斷路器，包括兩個並聯的線圈、與線圈並聯的保護電阻、與線圈串聯的輔助斷路器和主斷路器，其特徵在於所述第一線圈與第二線圈的異名端相連，兩個線圈並聯，耦合係數為1；第一線圈與第一保護電阻並聯，再與輔助斷路器串聯；第二線圈與第二保護電阻並聯，再與主斷路器串聯；整個裝置串聯接入主系統，當控制迴路檢測到主系統發生短路故障時，發出控制信號，先打開輔助斷路器，並聯電感解耦，故障電流被限制在一定水平，再打開主斷路器，完全切斷故障電流。
2. 如權利要求1所述的並聯電感限流斷路器，其特徵在於所述並 聯的第一線圈與第二線圈材料為超導材料。
3. 如權利要求1或2所述的並聯電感限流斷路器，其特徵在於所 述主斷路器或輔助斷路器為電力電子開關或者PWM變流器。
專利摘要並聯電感限流斷路器，屬於電力系統短路故障保護裝置，特別涉及一種大容量短路故障保護器件，目的在於克服現有斷路器開斷能力之不足，提高開斷能力，有效切斷故障電流。本實用新型包括並聯線圈、保護電阻、輔助斷路器和主斷路器，第一、第二線圈的異名端相連，耦合係數為1；第一線圈與第一保護電阻並聯，再與輔助斷路器串聯；第二線圈與第二保護電阻並聯，再與主斷路器串聯；整個裝置串聯接入主系統，當控制迴路檢測到主系統發生短路故障時，發出控制信號，先打開輔助斷路器，並聯電感解耦，故障電流被限制在一定水平，再打開主斷路器，完全切斷故障電流。本實用新型損耗低，運行費用小，能顯著提高斷路器的開斷能力，有效切斷故障電流。
文檔編號H02H9/02GK201130845SQ200720088898
公開日2008年10月8日 申請日期2007年12月10日 優先權日2007年12月10日
發明者唐躍進, 萌 宋, 晶 石, 磊 陳, 志 黎 申請人:華中科技大學