CN100407353C - 大电流快速开断装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大电流快速开断装置，主要解决目前断路器体积大，断开故障时间长，成本高，取样的准确度低，可靠性差且维护费用大的问题，它由爆炸控制系统和爆炸开断装置构成，两者并联连接在主干线的M1、M2两连接端上；爆炸控制系统由控制器和串联在其两端的电压互感器和电流互感器构成，爆炸开断装置由装有炸药和引爆装置的金属母排和分流器构成，引爆装置与控制器连接。所述控制器为高速单片微机控制器。本发明造价低，成本是国外产品的10%，且维修简便，开断速度比现有技术提高20倍，开断可靠性提高80%。使故障面能有效控制。

Description

大电流快速开断装置
技术领域
本发明涉及一种针对在发电机出口及电网的并列发生短路时，能够快速可靠的切断故障电源，解列电网保护设备及保护电网网络的开断保护装置。
背景技术
发电机的出口端及线路设备发生短路故障时，由于短路电流大(约为发电机的额定电流的7-10倍)此时，必须切断故障源，否则严重损坏发电机组或其它电器设备。对目前我国的发电机及电厂的并网，出现局部短路故障时应立即从电网中解列出来，以免影响整局电网运行，免使事故面扩大，传统的方法基本是采用国外进口的大型断路器，其缺点是：体积大，断开故障时间长，成本高，可靠性低，维护费用大。目前国内也生产一种大容量高速开关装置，但此装置仍存在着许多缺陷：①取样的准确度低；②可靠性差，易误动作；③开关的效果不突出。
发明内容
为了解决已有的断路器体积大，断开故障时间长，成本高，取样的准确度低，可靠性差且维护费用大的问题，本发明提供一种大电流快速开断装置，其开断迅速可靠，造价低且便于维修。
本发明为实现其目的所采用的技术方案是：一种大电流快速开断装置，其特征在于由爆炸控制系统和爆炸开断装置构成，两者并联连接在主干线的M1、M2两连接端上；爆炸控制系统由控制器和串联在其两端的电压互感器和电流互感器构成，爆炸开断装置由装有炸药和引爆装置的金属母排和分流器构成，引爆装置与控制器连接。
所述控制器为高速单片微机控制器，可采用40MHZ单片机。
所述爆炸开断装置有一绝缘壳体，金属母排和分流器装在壳体内腔，两者之间设绝缘隔离板分隔开；金属母排和分流器的两端均连接在壳体外的同一接线端上。
所述金属母排为一金属中空圆柱体，柱体内壁设纵向槽，柱体内腔两端填充绝缘充填物，中部为炸药和引爆装置。
所述金属母排的金属中空圆柱体内壁设两条对称纵向槽。
工作原理：电压、电流互感器从电网主干线中获取短路电压、电流值送给控制器，通过控制器运算，比较，最后驱动电子引爆，使炸药瞬时爆炸。爆炸后主干线金属母排迅速从主干线中切断。切断后的故障电流由分流器分流承担切断，使故障线路全部脱离，达到设备从电网主干线断开的作用，从而达到保护电网的目的。
本发明针对国内外开断器取样整定值进行了修正，使电网的谐振电流，峰值电流，补偿电流及浪涌电流，得到详细区分与判别，使取样值的准确性和可靠性进一步提高。当电流短路时，电流的相位角和电压角的相位产生了变化，其电流值与电压值也产生了变化，通过高速16位40MHZ单片机进行运算比较(单片机单次运行的约60μs左右)通过采样、运算、比较，然后驱动电子执行机构用10至15个循环机械周期判别，整个时间约500ns。
本发明的有益效果：造价低，成本是国外产品的10％，且维修简便，开断速度快，开断电流大，开断速度比现有技术提高20倍，开断可靠性提高80％。开断电流提高4倍，使故障面能有效控制，可替代国外同类产品。本发明属一次性器件，无开关的常态关系，它的特点是耐温、通流量大、结构简单，成本低。
附图说明
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明的爆炸开断装置的内部结构示意图；
图3是本发明在串联电网中变配电站的短路保护应用示意图；
图4是本发明与发电机电流电抗器并联配合应用示意图；
图5是本发明串联在发电机的并列电网中的示意图。
具体实施方式
参见图1、2，本发明由爆炸控制系统和爆炸开断装置构成，两者并联连接在主干线的M1、M2两连接端上(使用状态)；爆炸控制系统由控制器2和串联在其两端的电压互感器1和电流互感器3构成，爆炸开断装置4由装有炸药4-9和引爆装置4-2的金属母排4-8和分流器4-7构成。引爆装置4-2与控制器2连接。所述控制器2为高速单片微机控制器，可采用40MHZ单片机等。爆炸开断装置4有一绝缘壳体4-1，金属母排4-8和分流器4-7装在壳体内腔4-4中。金属母排4-8和分流器4-7之间设绝缘隔离板分4-6隔开；金属母排4-8和分流器4-7的两端均连接在壳体外的同一接线端4-5上。金属母排4-8为一金属中空圆柱体，柱体内壁设纵向槽，柱体内腔两端填充了绝缘充填物4-3，中部为炸药4-9和引爆装置4-2。金属母排4-8的金属中空圆柱体内壁设两条对称纵向槽。设槽的目的是使其爆炸时易断裂。设计两条对称槽的作用是爆炸断裂后不易拉弧。分流器4-7主要由感性柔线限流熔断导体4-10做成，通常电压电流通过金属母排4-8主排通电。当金属母排4-8被引爆后，分流器4-7才工作，其作用是分流和熄弧。因为当金属母排4-8在短路瞬间被炸断后，可能引起拉弧，但当有分流器4-7参予工作时，此时电流被转移到分流器上，所以金属母排4-8不会产生拉弧现象。由于分流器4-7采用柔性限流熔断材料，它的熔断是在金属母排爆炸之后约1ms才开始熔断的，所以它的主要功能是息弧。
当发电机G发出电能输送至线路M1，此时由并接主干线路M1中的电压互感器1取样提供给控制器2正常的工作电压参考值，然后由线路串接的爆炸开断装置4输送至主干线路M2。由串联在主干线路M2的电流互感器3取样送给控制器2。主干线路M2经变压器TM与供电网M3连接。电流互感器3经控制器2提供正常的工作电流参考值，当主线路M2的Ia或主干线路M3的Ib端发生短路故障时，控制器2通过主线路中的电压互感器1和电流互感器3的变量值进行运算判别约50μs，最后输出一个控制信号，使金属母排4-8立刻引爆(约500ns)，将主网线路M2、M2断开，使发电机G从主线路M1、M2分离出来，使其线路的主电流转移至分流器4-7上。由于分流器4-7所能承担的电流非常小，所以分流器4-7也在1毫秒中被立刻切断。使发电机G与变压器TM和主网线路M2、M3断开，使发电机G从主线路M1、M2分离出来，完成对发电机G、主线路M1、M2、变压器TM和线路网M3的保护过程。全过程的完成时间在3毫秒之内。
本发明在串联电网中变配电站的短路保护应用，见图3。当主线路M2，Ia点出现短路时或者Ib、Ic、Id网中的任何一路出现短路事故上机时，而断路器QF无法保护，此时本发明就起到切断、分离、达到保护目的。
本发明与发电机电流电抗器并联配合应用如图4所示。目前，发电机G的正常输送电能是经线路M1、电流电抗器L、线路M2、断路器QF、线路M3送至变压器TM升压再送至输电网M4。由于电流电抗器L长期串接至输电网的M1、M3中，使相当一部分电能消耗在电流电抗器L中，这样就造成大量浪费。发电厂在电网中串接电流电抗器的目的，主要是防止输送线路发生短路，若短路电流急剧增加，易造成发电机G的损坏。有了电流电抗器L，短路电流的电流值得到了限制。因此，目前我国电厂发电机大部都使用了此种方案。如果增加使用了本发明，使平时的电流通过本发明来工作，而并联电抗器不参与工作，发电机的输出电能基本都从金属母排4-8上通过，当主线路故障出现时，本发明快速开断，使电流电抗器投入参与保护工作，这种方式即可使电流电抗器的无功损耗得到了一定的控制，也可以提高频稳性。增加了发电厂的发电效益，据测算增加一组大电流快速开断装置，可以为100MW每台发电机每年增收近百万元的电费收入。与此同时又得到了保护发电机的目的。
本发明串联在发电机的并列电网中的应用，如图5所示。当任何一路电网发生故障时，本发明立刻起到电网的分解作用。使共公电网得到可靠运行，使事故网分离主公共网，把事故网限制在一定的范围。如：M1网发生事故，侧大电流快速开断装置立即启动，使I号发电机组与共公电网分离，这样不影响II号发电机组及共公电网的正常工作。

Claims (3)

1.一种大电流快速开断装置，其特征在于由爆炸控制系统和爆炸开断装置构成，两者并联连接在主干线的M1、M2两连接端上，爆炸控制系统由控制器和串联在其两端的电压互感器和电流互感器构成，爆炸开断装置由装有炸药和引爆装置的金属母排和分流器构成，引爆装置与控制器连接；所述的爆炸开断装置有一绝缘壳体，金属母排和分流器装在壳体内腔，两者之间设有绝缘隔离板分隔开，金属母排和分流器的两端均连接在壳体外的同一接线端上。
2.根据权利要求1所述的大电流快速开断装置，其特征在于控制器为高速单片微机控制器。
3.根据权利要求1所述的大电流快速开断装置，其特征在于所述金属母排为一金属中空圆柱体，柱体内壁设纵向槽，柱体内腔两端填充绝缘充填物，中部为炸药和引爆装置。
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