CN103023000A - 电网限流装置及电网限流器和电网限流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网限流装置及电网限流器和电网限流系统。该电网限流装置包括：第一限流电抗器；第一智能高速开关，与该第一限流电抗器并联；电流互感器，套装在该第一限流电抗器与该第一智能高速开关并联后的一侧的母线上，用于实时监测该母线中的电流；以及控制器，与该电流互感器相连接，用于当该电流大于第一预设值时，控制该第一智能高速开关断开，以及当该电流小于该第二预设值时，控制该第一智能高速开关闭合，该第一预设值大于该第二预设值。通过本发明，提高了电网运行的可靠性，本发明的电网限流装置还可串联使用，经济有效地限制330（500）KV及以下电网短路电流水平。

Description

电网限流装置及电网限流器和电网限流系统

技术领域

本发明涉及电气领域，具体而言，涉及一种电网限流装置及电网限流器和电网限流系统。

背景技术

由于电网的发展，许多地区电网的最大短路电流超过了断路器的遮断容量（目前最大为63kA）。受限于此，需要更有效的短路电流开断技术。

早期国内开发研制出了采用爆炸式快速开断载流桥体与高压限流熔断器、高吸能氧化锌电阻相组合的大容量高速开关，大容量高速开关能够在短路电流上升初期即开断并限制其增长，可以在短路电流达到峰值的15%左右时，切断短路电流，动作时间小于1ms，从而避免大的短路电流对电器设备造成冲击。大容量高速开关具有额定电流大（6kA）、开断时间短（小于3ms）、开断能力强（160kA）、断口耐压高（36kV）的特点。但大容量高速开关使用有一些缺点，在大容量高速开关开断后，将故障线路切除，对一些不能停电负荷的稳定运行带来安全隐患，而且大容量高速开关只能安装在室内。国内现有限流电抗器运行中损耗和电压降低问题解决的案例，全部是在限流电抗器两端通过开关柜并联一台大容量高速开关，大容量高速开关的控制在二次侧实现，将控制信号通过绝缘变压器发出触发信号动作，控制回路电源由变电站380V动力系统提供。受绝缘水平的限制，大容量高速开关大多在6-35kV高压室内使用，运行环节多，受限制条件多，安装使用不便，并且由于增加了连接母线排的长度，使得故障概率和风险增加。

目前国内外对500kV及以下电网短路电流的限制大多采用电力电子技术，实现起来造价是我们装置的10倍，且占地面积大，运行可靠性不高。

2008年，宁夏电科院提出了将大容量高速开关与限流电抗器在电网高压一次侧并联形成一体化的“节能型电网限流装置”的设想，并提出了实现装置的技术原理、产品结构和技术参数，与凯立集团·安徽众鑫电力技术有限公司合作研制，如图1所示，1为控制单元，2为蓄电池，3为非线性电阻，4为熔断器，5为桥体，其中，将大容量高速开关的桥体5、熔断器4和非线性电阻3等元件安装在复合绝缘套筒中，通过兼作绝缘支柱的倒置电容式分压器直接由电网高压一次侧取得控制系统工作电源，在高压侧实现装置测量、控制、多参数智能判断的全自动运行，使得大容量高速开关的应用有了质的飞跃，研制成功的“节能型电网限流装置”在宁夏某220kV变电站35kV中压系统使用，在35kV近区短路故障时正确动作，避免了主变及其他设备受过大的短路电流冲击损坏情况的发生，确保了系统安全稳定运行。但节能型电网限流装置中的大容量高速开关爆炸桥开断后需停电更换元件，造成了电网运行可靠性不高的问题。

针对现有技术中电网运行可靠性不高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电网限流装置、电网限流器及电网限流系统，以解决现有技术中电网运行可靠性不高的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电网限流装置，包括：

第一限流电抗器；第一智能高速开关，与该第一限流电抗器并联；电流互感器，套装在该第一限流电抗器与该第一智能高速开关并联后的一侧的母线上，用于实时监测该母线中的电流；以及控制器，与该电流互感器相连接，用于当该电流大于第一预设值时，控制该第一智能高速开关断开，以及当该电流小于该第二预设值时，控制该第一智能高速开关闭合，该第一预设值大于该第二预设值。

进一步地，该装置还包括：

第一接触器，与该第一智能高速开关并联；该控制器还用于检测该第一智能高速开关的状态，并且当该第一智能高速开关拒动时，控制该第一接触器闭合。

进一步地，该装置还包括：

报警电路，与该控制器连接，用于当该第一智能高速开关拒动时发出报警。

进一步地，该装置还包括：

电容式电压互感器，该电容式电压互感器的第一端与该第一接触器、该第一限流电抗器以及第一智能高速开关并联后的第一端相连接，该电容式电压互感器的输出端与该控制器的供电电路相连接，用于向该控制器供电。

进一步地，该电容式电压互感器的输出端通过隔离变与该控制器的供电电路相连接。

进一步地，该装置还包括：

第二限流电抗器；第二智能高速开关，与该第二限流电抗器并联；第二接触器，与该第二智能高速开关并联；其中，该第二限流电抗器、第二智能高速开关以及第二接触器并联后的一端与该电容式电压互感器的第一端相连接；该第二智能高速开关与该第一智能高速开关状态相同，该第二接触器与该第一接触器状态相同。

进一步地，该装置还包括：

蓄电池，与该控制器的供电电路相连接，用于对该控制器提供备用电源。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种电网限流器，该电网限流器由多个上述装置串联组成。

为了实现上述目的，根据本发明的又一方面，提供了一种电网限流系统，包括上述的电网限流装置，还包括控制子站，该控制子站用于通过光纤绝缘子中的光纤对电网限流装置进行控制。

进一步地，该电网限流装置为多个，该多个电网限流装置串联。

本发明通过第一智能高速开关的断开使第一限流电抗器串入电路中进行限流，当故障排除后，通过第一智能高速开关的接通将该第一限流电抗器处于短接的状态下，使该电网限流装置处于正常的无损运行状态下，不需停电更换元件，即可恢复电网的正常运行，因此提高电网运行的可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术提供的一种节能型电网限流装置的结构图；

图2是根据本发明实施例一的电网限流装置的结构图；

图3是根据本发明实施例二的电网限流装置的结构图；

图4是根据本发明实施例三的电网限流装置的结构图；

图5是根据本发明实施例四的电网限流装置的结构图；

图6为本发明实施例提供的一种电网限流装置的结构示意图；

图7为图6所示电网限流装置的俯视结构图；

图8是根据本发明实施例的一种电网限流器的结构图；

图9为本发明实施例的一种电网限流系统的结构图；以及

图10为本发明实施例的另一种电网限流系统的结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图2是根据本发明实施例的一种电网限流装置的结构图，如图2所示，该实施例的电网限流装置包括：

第一限流电抗器101。

优选地，该第一限流电抗器为空心限流电抗器。

第一智能高速开关102，与该第一限流电抗器101并联。

电流互感器103，套装在该第一限流电抗器101与该第一智能高速开关102并联后的一侧的母线上，用于实时监测该母线中的电流。

例如，该电流互感器可以为线路特种CT（Current transformer,电流互感器），是实现对短路电流的快速判断的硬件条件。

控制器104，与该电流互感器103相连接，用于当该电流大于第一预设值时，控制该第一智能高速开关102断开，以及当该电流小于该第二预设值时，控制该第一智能高速开关102闭合，该第一预设值大于该第二预设值。

例如，该第一预设值可以为7倍的该母线额定电流，该第二预设值可以为1.2倍的该母线额定电流。

本发明的限流效果是采用短路运行限流达到的，在正常工作的情况下，该第一智能高速开关处于关合状态，该第一限流电抗器处于短接状态，电流只流过该第一智能高速开关，阻抗为零，没有损耗，当发生短路故障时，该电流瞬间变大，并被该电流互感器监测到并上传至控制器，当该控制器判断该电流大于第一预设值后，该控制器向该第一智能高速开关发出断开命令，该第一智能高速开关在15ms内即刻断开，将该第一限流电控器投入限流运行中，可将该短路电流限制到该短路电流的百分之八十以下；当该短路故障排除后，该控制器通过该电流互感器监测到该电流小于第二预设值，该控制器向该第一智能高速开关发出接通命令，在该第一智能高速开关接通后，该电网限流装置进入正常的无损运行状态。

本发明提供的电网限流装置，通过第一智能高速开关的断开使第一限流电抗器串入电路中进行限流，当故障排除后，通过第一智能高速开关的接通将该第一限流电抗器处于短接的状态下，使该电网限流装置处于正常的无损运行状态下，不需停电更换元件，即可恢复电网的正常运行，因此提高电网运行的可靠性。

优选地，图3是根据本发明实施例的一种电网限流装置的结构图，如图3所示，该实施例的电网限流装置包括：

第一限流电抗器101。

第一智能高速开关102，与该第一限流电抗器101并联。

电流互感器103，套装在该第一限流电抗器101与该第一智能高速开关102并联后的一侧的母线上，用于实时监测该母线中的电流。

第一接触器105，与该第一智能高速开关102并联。

该第一接触器可以为高压真空接触器。

控制器104，与该电流互感器103相连接，用于当该电流大于第一预设值时，控制该第一智能高速开关102断开，以及当该电流小于该第二预设值时，控制该第一智能高速开关102闭合，该第一预设值大于该第二预设值；该控制器还用于检测该第一智能高速开关102的状态，并且当该第一智能高速开关102拒动时，控制该第一接触器105闭合。

为排除该第一智能高速开关拒动引发的线路带限流电抗器运行和装置停电检修问题，可以在该第一智能高速开关的两端并联第一接触器，确保适应电网运行方式的要求，当该控制器检测到该第一智能高速开关拒动时，控制器发送信号至该第一接触器使其合闸，将该电网限流装置退出运行状态。

报警电路106，与该控制器104连接，用于当该第一智能高速开关102拒动时发出报警。

本发明实施例提供的电网限流装置，通过第一接触器在该第一智能高速开关发生故障时合闸，使该电网限流装置退出运行状态，由于排除了该电网限流装置自身故障对该电网的影响，因此进一步提高了电网运行的可靠性。

优选地，图4是根据本发明实施例的一种电网限流装置的结构图，如图4所示，该实施例的电网限流装置包括：

第一限流电抗器101。

第一智能高速开关102，与该第一限流电抗器101并联。

电流互感器103，套装在该第一限流电抗器101与该第一智能高速开关102并联后的一侧的母线上，用于实时监测该母线中的电流。

第一接触器105，与该第一智能高速开关102并联。

控制器104，与该电流互感器103相连接，用于当该电流大于第一预设值时，控制该第一智能高速开关102断开，以及当该电流小于该第二预设值时，控制该第一智能高速开关102闭合，该第一预设值大于该第二预设值；该控制器还用于检测该第一智能高速开关102的状态，并且当该第一智能高速开关102拒动时，控制该第一接触器105闭合。

电容式电压互感器107，该电容式电压互感器107的第一端与该第一接触器105、该第一限流电抗器101以及第一智能高速开关102并联后的第一端相连接，该电容式电压互感器107的输出端与该控制器104的供电电路相连接，用于向该控制器104供电。

优选地，该电容式电压互感器107的输出端通过隔离变与该控制器104的供电电路相连接。

该电容式电压互感器包括分压电容和高压耦合电容，其中，该隔离变从该分压电容两端取电，输送至控制器，控制器判断正常带电后启动控制程序。

优选地，图5是根据本发明实施例的一种电网限流装置的结构图，如图5所示，该实施例的电网限流装置包括：

第一限流电抗器101。

第一智能高速开关102，与该第一限流电抗器101并联。

电流互感器103，套装在该第一限流电抗器101与该第一智能高速开关102并联后的一侧的母线上，用于实时监测该母线中的电流。

第一接触器105，与该第一智能高速开关102并联。

控制器104，与该电流互感器103相连接，用于当该电流大于第一预设值时，控制该第一智能高速开关102断开，以及当该电流小于该第二预设值时，控制该第一智能高速开关102闭合，该第一预设值大于该第二预设值；该控制器还用于检测该第一智能高速开关102的状态，并且当该第一智能高速开关102拒动时，控制该第一接触器105闭合。

电容式电压互感器107，该电容式电压互感器107的第一端与该第一接触器105、该第一限流电抗器101以及第一智能高速开关102并联后的第一端相连接，该电容式电压互感器107的输出端与该控制器104的供电电路相连接，用于向该控制器104供电。

第二限流电抗器201。

第二智能高速开关202，与该第二限流电抗器201并联。

第二接触器205，与该第二智能高速开关202并联。

其中，该第二限流电抗器201、第二智能高速开关202以及第二接触器205并联后的一端与该电容式电压互感器107的第一端相连接；该第二智能高速开关202与该第一智能高速开关102状态相同，该第二接触器205与该第一接触器105状态相同。

优选地，该装置还包括：

蓄电池，与该控制器的供电电路相连接，用于对该控制器提供备用电源。

参见图6，图6为本发明提供的一种电网限流装置的结构示意图，其中，第一限流电抗器101以及第二限流电抗器201由支柱绝缘子112支撑，优选地，该第一限流电抗器101以及第二限流电抗器201可以为空心限流电抗器，第一智能高速开关102、第二智能高速开关202以及电流互感器103设置在限流控制箱体115内，该限流控制箱体内还设置有装置116，该装置116内设置有第一接触器105、第二接触器205以及控制器104，该限流控制箱体115由电容式电压互感器107以及光纤绝缘子113支撑，该电网限流装置的高压侧以硬连接固定，其低压侧可以通过钢架将支柱绝缘112、电容式电压互感器107和光纤绝缘子113固定在一个平面上，在装置的高压平台上，第一限流电抗器101和第二限流电抗器201之间由绝缘磁支柱111连接，确保互感系数≤3%，该第一限流电抗器101与第一智能高速开关102以及第一接触器105并联，该该第二限流电抗器201与第二智能高速开关202以及第二接触器205并联，此外，该控制器104的电源由倒置的电容式电压互感器107提供，控制器104与控制子站的通讯由光纤绝缘子113中的光纤实现。

参见图7，图7为图6所示电网限流装置的俯视结构图，其中，101为第一限流电抗器，该第一限流电抗器101可以为圆柱形的空心限流电抗器；115为限流控制箱体，该第一限流电抗器与该限流控制箱体相连接。

本发明实施例提供的电网限流装置，通过采用两个限流电抗器在电网发生短路故障时进行限流，提高了电网限流装置的限流性能，因此进一步提高了电网运行的可靠性。

图8是根据本发明实施例的一种电网限流器的结构图，该电网限流器由多个上述电网限流装置串联组成。

本发明实施例提供的电网限流器可根据限流效果的需要，可由多个电网限流装置串联组成，只要一个电网限流装置正确动作，就能保证后续的电网限流装置安全动作，随着每一个电网限流装置的动作，相应的减轻后续电网限流装置开断的短路电流幅值。例如，可以采用4个电网限流装置串联形成一个电网限流器。

本发明提供的电网限流器，由多个上述电网限流装置串联构成，在短路故障排除后，不需停电更换元件，即可恢复电网的正常运行，提高了电网运行的可靠性，此外，将多个电网限流装置串联，能够进一步地提高电网限流器的限流性能，因此进一步的提高了电网运行的可靠性。

图9是根据本发明实施例的一种电网限流系统，其特征在于，包括上述电网限流装置901，还包括控制子站902，该控制子站902与该电网限流装置901相连接。

该控制子站902可以接收该电网限流装置901发送的电流值、智能高速开关状态以及控制器的供电电压，并在该控制子站的面板中实时显示，此外，在智能高速开关拒动的情况下，该控制子站还可以发出报警进行提示。

参见图10，图10是根据本发明实施例的一种电网限流系统，其中，101为第一限流电抗器，201为第二限流电抗器，102为第一智能高速开关，202为第二智能高速开关，105为第一接触器，205为第二接触器，104为控制器，103为电流互感器，107为电容式电压互感器，该电容式电压互感器107包括分压电容C1以及高压耦合电容C2，108为隔离变，902为控制子站；该电网限流系统在投运前第一智能高速开关102、第二智能高速开关202、第一接触器105以及第二接触器205都处于接通状态，第一限流电抗器101以及第二限流电抗器201处于短接状态。将该电网限流装置挂网运行后，隔离变108从电容式电压互感器107的分压电容C1两端取电，输送给控制器104，控制器104判断正常带电后启动控制程序，当第一接触器105以及第二接触器205的储能电源充满电之后，控制器104发送信号使第一接触器105以及第二接触器205断开，同时将第一智能高速开关102、第二智能高速开关202、第一接触器105以及第二接触器205的状态发送至远端的控制子站902，此时处于第一智能高速开关102、第二智能高速开关202与第一限流电抗器101、第二限流电抗器201并联运行的正常运行状态，由于第一智能高速开关102、第二智能高速开关202的阻抗为零，线路电流流通不产生损耗，第一限流电抗器101、第二限流电抗器201分别被第一智能高速开关102、第二智能高速开关202短接也不产生损耗，装置处于无损运行状态。通过电流互感器103，控制器104实时监测母线中的线路电流，当发生短路故障时，控制器104判断短路电流达到第一预设值，控制第一智能高速开关102、第二智能高速开关202在15ms内分闸，使第一限流电抗器101、第二限流电抗器201串入330kV输电线路中，限制电网短路电流，同时控制器104将该短路电流数值（全过程的波形）以及第一智能高速开关102、第二智能高速开关202的状态通过光纤传送到远端的控制子站902，当监测到线路短路电流故障排除后，判断电流是否小于第二预设值，若电流小于第二预设值，控制器104发送信号使第一智能高速开关102、第二智能高速开关202接通，该电网限流装置进入正常的无损运行状态，同时第一智能高速开关102、第二智能高速开关202的状态通过光纤传送到远端的控制子站902，如果开关合闸拒动，控制器104发出信号给第一接触器105以及第二接触器205使其接通，将该电网限流装置退出运行状态，此时不影响线路的正常运行，但装置的限流作用同时消失，在确保接触器合闸良好的情况下，可通过控制子站902对第一智能高速开关102、第二智能高速开关202进行复位调整等操作，如不能复位则需等待线路检修时进行修复。

优选地，该电网限流装置为多个，该多个电网限流装置串联。

在本发明实施例中对500kV及以下电网短路电流的限制采用了限流单元的设计，可像搭积木一样进行多个串联，实现限流的各种深度要求。因而，本发明实施例经济有效地限制了330（500）kV及以下电网短路电流水平。

本发明实施例中的智能高速开关（或者，称作智能高速大容量真空断路器）为一种可自动判断短路电流过零点并在电流过零点开断的大容量真空断路器。开断时间小于15ms。

本发明实施例通过短路电流快速识别及相控方法快速判断短路电流是否超限并控制智能高速开关在每相电流过零点开断。

本发明提供的电网限流系统，通过智能高速开关的断开使限流电抗器串入电路中进行限流，当故障排除后，通过智能高速开关的接通将限流电抗器处于短接的状态下，使该电网限流装置处于正常的无损运行状态下，不需停电更换元件，即可恢复电网的正常运行，因此提高电网运行的可靠性。

通过本发明实施例，提高了电网运行的可靠性，本发明实施例的电网限流装置还可串联使用，经济有效地限制330（500）KV及以下电网短路电流水平。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电网限流装置，其特征在于，包括：

第一限流电抗器；

第一智能高速开关，与所述第一限流电抗器并联；

电流互感器，套装在所述第一限流电抗器与所述第一智能高速开关并联后的一侧的母线上，用于实时监测所述母线中的电流；以及

控制器，与所述电流互感器相连接，用于当所述电流大于第一预设值时，控制所述第一智能高速开关断开，以及当所述电流小于所述第二预设值时，控制所述第一智能高速开关闭合，所述第一预设值大于所述第二预设值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一接触器，与所述第一智能高速开关并联；

所述控制器还用于检测所述第一智能高速开关的状态，并且当所述第一智能高速开关拒动时，控制所述第一接触器闭合。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

报警电路，与所述控制器连接，用于当所述第一智能高速开关拒动时发出报警。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

电容式电压互感器，所述电容式电压互感器的第一端与所述第一接触器、所述第一限流电抗器以及第一智能高速开关并联后的第一端相连接，所述电容式电压互感器的输出端与所述控制器的供电电路相连接，用于向所述控制器供电。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电容式电压互感器的输出端通过隔离变与所述控制器的供电电路相连接。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二限流电抗器；

第二智能高速开关，与所述第二限流电抗器并联；

第二接触器，与所述第二智能高速开关并联；

其中，所述第二限流电抗器、第二智能高速开关以及第二接触器并联后的一端与所述电容式电压互感器的第一端相连接；所述第二智能高速开关与所述第一智能高速开关状态相同，所述第二接触器与所述第一接触器状态相同。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

蓄电池，与所述控制器的供电电路相连接，用于对所述控制器提供备用电源。

8.一种电网限流器，其特征在于，所述电网限流器由多个权利要求1至7中任意一项所述的装置串联组成。

9.一种电网限流系统，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的电网限流装置，还包括控制子站，所述控制子站用于通过光纤绝缘子中的光纤对所述电网限流装置进行控制。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电网限流装置为多个，所述多个电网限流装置串联。

Images