CN100498995C - 故障电流限制系统和包括该系统的配电盘 - Google Patents

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Abstract

一种故障电流限制系统，其包括下列元件：i)用于快速操作功能的快速机械开关或爆炸盒(explosive cartridge)；ii)包括限制熔丝的并行电流通路；iii)转换系统，以在故障电流限制操作之后用新的熔丝组替换熔断的熔丝组。

Description

故障电流限制系统和包括该系统的配电盘
本发明涉及一种故障电流限制设备，尤其涉及一种用于中断大短路电流的设备。
能够在电流周期的小部分时间间隔内使很大的短路电流中断的总线连接(bus-tie)元件是本领域公知的。
与图1所示的提供给馈电线的总短路电流相比，这种故障电流限制元件的目的是使左右母线系统小型化。
该小型化通过在仅用于在其相应输入馈线的短路电力的配电盘的每侧形成所需的尺寸而得到。仅当在总线连接位置设置快速中断设备时该小型化才是可能的。在输出馈线短路的情况下，例如在图1中配电盘的右侧，快速中断设备应该能够避免任何短路峰值电流的影响，该电流来自于没有受故障情况影响的另一半配电盘，即图1中配电盘的左侧。
该小型化对新的电气装置有极其重要的经济意义，其中能够相当节省地购置全新设备用于给全部安装设备提供小部分的总短路电力。当现有设备必须适应增长需求，从而避免更新(up-grade)并改变所有的现有装置时，在装置更新的情况下也能够实现节约成本。
通过仅在总线连接元件中利用熔丝就很容易实现上述方案。但是，熔丝技术具有一定的限制性而且不总是可能具有满意额定电流的熔丝。因此，电流操作中，在总线连接元件中采用熔丝仅对小的装置有效。
熔丝用于大装置的方案中，熔丝仅提供给短路电流，而通常使额定电流通过低阻抗的并联元件。
该并联元件是爆炸盒(explosive-cartidge)，其在检测到短路状况的时刻引爆。控制设备通过测量电流幅值和电流上升率来检测该短路。
现有技术虽然满足基本需要，但存在一些缺陷。
在短路干涉结束时，由爆炸盒和熔丝构成的整个系统在使分配系统恢复全部功能之前需要被替换。这需要维护操作，其花费时间并需要非常规备件，用作该爆炸盒。在维护期间，系统运行在两侧但不具有可利用的全部短路电力，即没有负载断开连接，但因电压下降和启动限制而引起一些不可能的操作情况。
同样，所有的工作性能都基于爆炸设备，这些爆炸设备在有些国家运输和/或特性许可中存在困难，或者在其他国家完全是禁止的。
另外的缺陷是，爆炸盒需要与配电盘控制系统分离的电子控制。从特定观点看这意味着配电盘的内部至少具有两个不同的电子控制设备，存在与此相关的困难。
通过克服所有的上述缺陷或限制，防止所有优点变为缺点，本发明的目的在于进一步改善已经生效的现有方案。
尤其是，本发明的另一目的是提供一种系统，其在短路干涉之后使整个系统功能立即自动恢复。
本发明的又一目的在于提供一种系统，其不需要使用任何爆炸。
本发明的再一目的是提供一种系统，其在主配电盘控制系统内部结合了特定故障电流控制条件。
这些和其它目的通过本发明的系统实现，其涉及一种新型的故障电流限制设备。本发明的故障电流限制设备基于快速开关和并联电熔丝的结合使用；检测出故障之后快速开关在极短的时间内打开并将电流输送到熔丝，该熔丝能够熔断并从而使短路电流中断。此外，自动系统用全新的熔丝组替代熔断的熔丝组。
本发明的故障电流限制系统主要具有以下优点：
-通过在短时间内提供整个系统功能性恢复由用户(customer)增加方案的观察值。
-增加潜在市场。
-比现有方案便宜。
现在更具体地描述本发明。参考图3，系统可以包括一些或全部，但不仅仅是下列设备：
-配电板；
-快速开关切断器；
-多组熔丝；
-熔丝转动开关；
-断路器
-电流传感器；
-电压传感器；
-变压器；
-配电盘控制单元；
-可拆除轨线(track)。
配电板是其它全部元件的外壳。
快速开关设备是具有能够不限时间地承载(carry)额定电流，但不具有任何产生和中断能力的切断器。
它主要特性是，如果与通常的电力装置相比，在短时间内打开的能力，让我们说，在一毫秒级的时间内。
另外的重要特性是，在打开期间产生大电弧电压的特征。该电弧电压用于快速使(在几百微秒级的时间内)设置有限制熔丝的并行低阻抗通道中的电流换向。
为如此快速在打开操作期间使用快速大功率驱动。该驱动可以基于汤姆生线圈(thomson coil)(也称为排斥驱动或电动态驱动)或音圈(voice coil)驱动。
替代快速开关切断器，也可以采用爆炸盒(explosive basedcartridge)。
系统需要使用限制熔丝。每个阶段可以并联使用几个熔丝。
熔丝转动开关是切断器，其功能是在故障电流限制系统打开操作故障结束时自动调换熔断的熔丝，避免故障电流限制系统退出工作，以新熔丝组替换熔断的熔丝。
系统中可利用的熔丝组的数量可以随期望的特定开关设备的故障率，或随期望的尽可能多的限制维护操作进行时间而改变。其可以从最小2组变化到任意最大。3组是优选数量。
使用断路器是为了：
-在没有故障中管理打开操作；
-在有限的故障电流情况下管理打开操作，该电流不需要故障电流限制器动作。
-在故障电流限制器动作结束时充当最后的开关关断设备。
-在故障电流限制系统误动作情况下用作后备。
电流传感器为一般的电流传感器，具有良好的相应时间特性，以进行电子控制检测开始故障情况。
电压传感器，其可以是变压器或阻性或容性分压器或任意其它类型，以提供出现在母线两侧的电压信息。仅在故障电流限制系统用作总线连接电流限制器并且用于在故障电流限制系统干涉之后自动恢复故障电流限制操作的情况下，才需要这些传感器。
变压器可用作系统的一个可能电源。第二个电源可以来自于变电站辅助电源，其可以具有UPS系统。
配电盘控制单元是电子设备，设置在配电板或变电站控制室中。第一种情况下控制是分布式的，第二种情况下是集中式的。
下面将描述分布式系统的单元，但是也可以选择集中式。电子设备的任务是多样的，其中一些是：
-控制系统的所有元件；
-快速开关保护功能；
-通过断路器动作的标准保护功能；
-测量与配电盘有关的电力质量。
一些所述元件可以配置在轨线上，当需要维护操作时该轨线可以从配电板拆下。该方案的优点是：
-容易访问配置在系统上的全部元件；
-快速维护配电板；
-轨线本身使两个切断器容易结合，其只要允许拆除轨线，则操作者就可在故障电流限制器系统上进行操作而没有困难或风险，不需要关闭整个配电盘(或其一侧)的电力。
替换truck，可以将标准安全切断器集成在断路器的相对侧。这种情况下断路器将是可自动拆除的，使得一旦该安全切断器打开断路器就拆除。
正常工作情况下，故障电流限制器truck插入，断路器，快速开关闭合，或在替换方案的情况下安全切断器闭合，断路器插入。
在电子设备故障的情况下，通过电流传感器的信号，通过利用信号的幅值和上升率分析估算的故障幅值。在预算故障超出一定阈值的情况下，打开指令施加到快速开关切断器。否则打开信号根据区别界限施加到断路器。
在输出馈线保护的情况下该阈值是配电盘可承受的最大峰值，而在总线连接的情况下，其为配电盘可承受的最大峰值的部分，其在配电盘的相对侧影响故障。此外，在配电盘仅由一侧提供的情况下由于输入馈线是断开的，所以如保持输入馈线能够不提供对配电盘的另一侧有害的短路电力，则故障电流限制器可以不工作(通过来自控制器的阻断信号)。
一旦打开，快速开关切断器产生相当高的通过触点的电弧电压，该触点使电流在限制熔丝和易熔金属内的平行通道中换向。之后，在标准工作时间内大约100ms，断路器打开，并且这使得故障电流限制器打开操作结束。
随着断路器打开，熔丝转动开关从当前熔断组的三个熔丝调换到另一组。
现在系统开始自动恢复全部系统功能。在配电盘控制单元发现系统完好的情况下，系统自动再次闭合。
在故障电流限制器用作总线连接的情况下，系统完好意味着母线两侧有电压出现。在故障电流限制系统用作输出馈线保护的情况下，这意味着负载上的阻抗高于一定的阈值。
一旦熔丝转动开关到达最后的位置，其表示除工作的熔丝组有信号出现(或者信息，例如SMS，发送到控制系统操作人员或者开始报警)以要求预防维护之外没有另外的熔丝组可利用，以避免在进一步故障的情况下没有“好”熔丝可用。
在快速开关切断器故障的情况下可预知选择性保护，该保护可基于几个原理工作，或者弧光，或者电流检测或者在配电室间隔中压强升高，以通知因所有输入馈线断开而出现故障的控制系统。

Claims (9)

1.一种故障电流限制系统，所述系统包括：
开关装置，其连接到一个断流器，所述断流器用于在无故障时管理配电线上电流断路操作，所述开关装置提供一个快速开关操作；
电流通路，包括至少一个限制熔丝，所述通路被设置为与所述开关装置并联；
转换系统，用于在故障限制操作发生以后，用一组未熔断的熔丝来替换一组熔断的熔丝；
其特征在于所述故障电流限制系统包括控制单元，所述控制单元接收表示起始故障条件的信号，所述控制单元基于所述信号来估计所述故障电流的幅度，当估计所述故障电流要升高到一个预定的阈值以上时，所述控制单元发送一个开关指令到所述开关装置和所述断流器，当估计所述故障电流保持在所述预定的阈值以下时，所述控制单元仅向所述断流器发送一个开关指令。
2.权利要求1的故障电流限制系统，特征在于所述开关装置包括一个快速机械开关。
3.权利要求1的故障电流限制系统，特征在于所述开关装置包括一个爆炸盒。
4.权利要求1的故障电流限制系统，特征在于所述转换系统包括至少三组未熔断的熔丝。
5.权利要求1的故障电流限制系统，特征在于所述转换系统包括一个转动开关。
6.权利要求1的故障电流限制系统，特征在于所述控制单元还控制和操作所述转换系统。
7.权利要求1的故障电流限制系统，特征在于所述故障电流限制系统还包括用于故障之后短路闭合的装置，其中所述短路闭合完成了故障电流限制系统的恢复次序。
8.权利要求1的故障电流限制系统，特征在于所述故障电流限制系统还包括一个可拆除轨线，所述故障电流限制系统的一个或多个元件在可拆除轨线上。
9.一种特征在于包括任一前述权利要求的故障电流限制系统的配电盘。
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