CN103855676A - 海上平台电网的快速限流熔断器 - Google Patents

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CN103855676A CN201410094478.5A CN201410094478A CN103855676A CN 103855676 A CN103855676 A CN 103855676A CN 201410094478 A CN201410094478 A CN 201410094478A CN 103855676 A CN103855676 A CN 103855676A
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李卫团
柯吕雄
唐广荣
熊永功
劳新力
宁有智
刘平
熊永卫
吴锋
昝智海
陈清林
陈亮
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LANHE ELECTRIC ENGINEERING Co Ltd SHAANXI
China National Offshore Oil Corp CNOOC
CNOOC China Ltd Zhanjiang Branch
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LANHE ELECTRIC ENGINEERING Co Ltd SHAANXI
China National Offshore Oil Corp CNOOC
CNOOC China Ltd Zhanjiang Branch
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一种海上平台电网的快速限流熔断器，包括底座、快速隔离器、限流熔断器、电器控制器、高压隔离变压器及低压信号控制箱，所述底座上设有快速隔离器、支持绝缘子及高压隔离变压器，所述的快速隔离器一端与支持绝缘子连接，另一端与电子控制器及高压隔离变压器连接，高压隔离变压器与低压信号控制箱连接，所述限流熔断器与快速隔离器连接，所述低压信号箱通过设置在高压隔离变压器上的低压信号控制箱连接口与高压隔离变压器连接；本发明大大降低了故障电流的总能量（约为普通断路器的1/200），从而更有效地保护了电力主设备免受损坏。

Description

海上平台电网的快速限流熔断器
技术领域
本发明涉及电网的熔断技术领域，尤其是一种适用于海上平台电网的快速限流熔断器。
背景技术
限流熔断器，英文名称current-limiting fuse，亦称HRC fule,High Rupturing Capacity fuse。限流熔断器是指能在其切断额定电流和限流范围内安全地切断所有可能出现的电流的熔断器。它将额定电压下的熔断时间限制到等于或小于第一个主流波或对称电流波期间内，同时将通过电流限制到小于峰值电流。
限流熔断器是高压熔断器的一种。限流熔断器分为电阻限流和电弧电抗变换限流 。电阻限流使电路中电流值被限制在一定幅值以下。不论短路与否都不会超过一定值。限流熔断器有两种熔体结构，一种直列熔体，一种螺旋缠绕熔体。直列熔体起弧后电弧电抗随着电弧拉长而增加。并且逐步改变相位。螺旋熔体利用螺旋电抗变换改变相位。两者创造零休使电压、电流同时过零。在电流达到峰值前移相熄灭电弧。这种熄灭电弧时限流能力是差异很大的。可见，在供电设计中必须考滤限流熔断器的种类和结构。能限制短路电流峰值的熔断器就叫做限流熔断器。限流熔断器只有半个波的良好工作期。否则难以开断。
目前国际上已有基于超导技术、电力电子技术和爆破切割技术的限流熔断技术，但真正进入工业实用阶段的只有基于爆破切割技术的短路电流限制器。
目前采用爆破技术制造的快速隔离器导电体型式分为平板式、管式及活塞撞击式三种，其中，平板式，导爆索驱动，工艺结构简单，易形成完整额定电流序列，断口形态容易控制，易达到更大的额定电流；管式，炸药柱驱动，工艺结构复杂，断口形态不易控制，不易形成完整的额定电流序列，单体不易达到大的额定电流；活塞撞击式，炸药芯驱动，工艺结构复杂，断口形态不易控制，不易形成完整的额定电流序列。
目前现有基于爆破切割技术的限流熔断技术由传感器和电子控制器构成，专用电流传感器一般采用罗果夫斯基线圈，经过绝缘浇注处理将二次输出线引到低压区域；所有电子控制系统也处于低压区域，工作环境较好。这类FCL需要配置专用高耦合性能的高压隔离型脉冲变压器，用来传输强电流点火脉冲信号至高电位区域。点火脉冲因传输环节多、传输距离远从而损失了效率。因为一套电子控制器控制三相产品，要求电子控制器具有更高的可靠性，否则可能导致整套FCL失效。另外这类FCL由于部件多，一般适宜组柜户内安装、不适于分散布置及户外安装。
现在的限流熔断装置主要包括快速隔离器、高压限流熔断器、电流传感器、高压脉冲变压器、底座、电子控制器及连接电缆，其中快速隔离器的单只隔离器额定电流小，最大2000A。更大的额定电流需用多只并联，降低了产品可靠性，在爆破切割时可控制性比较差，容易出现翻转不到位或过翻转断瓣现象；其内部导电回路需经过法兰盘、银焊等进行连接转换，结构复杂，易出现局部过热；该快速隔离器绝缘外壳半密封，动作噪音大，内外环境不隔离，影响爆破切割装置的使用寿命；且动作时会喷出导电性的碳水混合气体，容易损伤周边设备或造成绝缘隐患；还只能在户内使用；而电流传感器采用穿心式CT，线性度差易饱和，不能和限流熔断技术主体融为一体，必须组柜安装；所述控制器安装在低压侧，动作触发信号需要经高压脉冲隔离变压器传到高压区域，降低了触发速度；该控制器为单片机系统，采用三选二表决逻辑控制，由于电力系统相间相位差为120°（6.7ms），所以必然影响控制器响应速度；且一个控制器控制三相，没有冗余，控制器失效将导致整套设备失效。
发明内容
本发明为了解决现有技术中单体不易达到大的额定电流、工艺结构复杂、断口形态不易控制、不易形成完整的额定电流序列的技术问题，提供一种适用于海上平台电网的快速限流熔断器。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种海上平台电网的快速限流熔断器，包括底座、快速隔离器、限流熔断器、电器控制器、高压隔离变压器及低压信号控制箱，所述底座上设有快速隔离器、支持绝缘子及高压隔离变压器，所述的快速隔离器一端与支持绝缘子连接，另一端与电子控制器及高压隔离变压器连接，高压隔离变压器与低压信号控制箱连接，所述限流熔断器与快速隔离器连接，所述低压信号箱通过设置在高压隔离变压器上的低压信号控制箱连接口与高压隔离变压器连接。
所述快速隔离器通过高压电流母线与支持绝缘子连接。
所述快速隔离器通过高压电流母线与电子控制器连接。
所述快速隔离器通过高压电流母线与高压隔离变压器连接。
所述快速隔离器内设有电流变化率传感器。
所述电流变化率传感器通过信号电缆与电子控制器连接。
所述电子控制器通过电源电缆与高压隔离变压器连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：1、短路开断能力强（大容量）；2、开断速度快（高速），动作时间小于1ms；3、开断过程具有明显的限流特性（限流）；4、快速隔离器均由单个桥体构成；5、专用的电流传感器集成在快速隔离器内，最大限度地简化了结构；6、电子控制器每相独立控制，纯硬件逻辑多重冗余，提供最高的可靠性；7、动作判据采用电流瞬时值和电流变化率瞬时值；8、快速隔离器全密封，内部爆破切割机构与气候全隔离，将动作噪音降到最低，无烟雾喷出，为直接用于户外提供了技术保障；9、产品可以分散布置，也可方便的集成在开关柜内；可用于户内，也可直接用于户外；10、动作后开断部件成本低，并且更换方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明限流器动作时单点序示意图。
图3是电力系统典型短路电流的波形及本发明与普通断路器开断性能比较的示意图。
1-快速隔离器；2-限流熔断器；3-电子控制器；4-高压隔离变压器；5-支持绝缘子；6-高压电流母线；7-底座；8-低压信号控制箱连接口；9-电流变化率传感器；10-低压信号控制箱。
具体实施方式
如图1所示，本发明的低压信号控制箱10通过高压隔离变压器4给电子控制器3供电，并采用灯光、继电器接点、记数器等手段指示本发明的工作状态。快速隔离器1和特种高压限流熔断器2在电气上是并联的，由于前者电阻为微欧级，后者电阻为毫欧级，故正常运行情况下母线电流几乎全部流过快速隔离器1。当系统发生短路事故时，置于快速隔离器1 内部的电流变化率传感器9将母线6中的短路电流信号通过信号电缆传递给高压侧电子控制器3，由3进行信号的分析和处理。若短路电流信号超过整定值，3将通过信号电缆输出点火脉冲信号，使快速隔离器1中的执行元件---爆破切割系统动作，将隔离器导电回路在几百微秒的时间内高速断开；在隔离器导电回路断开的过程中，故障电流转移到特种高压限流熔断器2中，由2 最后开断短路电流，切除故障。
本发明开断短路电流的动作时序如图2所示：
t=0 ：短路故障发生。
t=t1：电子控制器探测到故障并建立点火信号，此时间与预期短路电流的大小、电子控制器动作整定值及短路发生时的相位角均有关系，一般大于600μs。
t=t2：快速隔离器断口打开，电流转移到限流熔断器中，（t2-t1）约为200μs。
t=t3：熔断器开始起弧，（t3-t2）为熔断器的弧前时间，一般为一个毫秒左右，图中的Ic即为限流峰值。
t=t4：熔断器内电弧熄灭，故障电流被彻底开断，(t4-t3)为熔断器的燃弧时间，一般小于5ms。
从图3可以看出本发明在短路故障发生后几毫秒内完成限流开断，普通断路器则由于继电保护和操作机构的固有特性需要经过数个周波、在短路电流自然过零时才能开断。
本发明可在预期短路电流尚未发展到峰值之前将其高速限流开断，实际通过电力设备的短路电流的峰值Ic在第一个半波被限制到预期短路电流峰值的（15～50）%，短路电流的持续时间小于10 ms，大大降低了故障电流的总能量                                                
Figure 2014100944785100002DEST_PATH_IMAGE001
（约为普通断路器的1/200），从而更有效地保护了电力主设备免受损坏。
本发明在母联位置串联限流熔断技术以限制超标的短路电流，作为一种实用的技术改造手段，在优化负荷分配，提高供电质量，增强电网运行的安全性、可靠性及灵活性的同时，避免大规模更换前期装配的小容量开关设备，节约了大量改造费用。此技术方案具有改造范围小，停电周期短等优点，符合我国海洋油田电网联网改造的基本要求，且本发明基于爆破切割技术的限流熔断技术在涠西南油田群扩容并网项目中的的成功使用，为完善海上油田群联网技术做出了有益的尝试，为国内海上平台电网首次实用快速限流熔断技术，本发明的WZIT采用先进的快速熔断技术，避免了由于母排容量和开关柜额定短路容量不足的问题。按照WZIT母排和开关柜施工改造至少需要涠洲作业区停产3天,按照目前产量计算,至少损失原油产量21600方(按当前原油价格4118元/方计)共损失8895万元,天然气产量914859方(按当前天然气价格1.48元/方计) 共损失135万。同时,WZIT的6.3KV配电开关柜全部更换需要更换32面6.3KV开关柜(15万元/面),加上施工费用总共节省改造费用500万元左右。单单WZIT采用短路限流器这一技术就节省费用9530万元,其产生的经济效益是巨大的。

Claims (7)

1.一种海上平台电网的快速限流熔断器，其特征在于：包括底座、快速隔离器、限流熔断器、电器控制器、高压隔离变压器及低压信号控制箱，所述底座上设有快速隔离器、支持绝缘子及高压隔离变压器，所述的快速隔离器一端与支持绝缘子连接，另一端与电子控制器及高压隔离变压器连接，高压隔离变压器与低压信号控制箱连接，所述限流熔断器与快速隔离器连接，所述低压信号箱通过设置在高压隔离变压器上的低压信号控制箱连接口与高压隔离变压器连接。
2.根据权利要求1所述的一种海上平台电网的快速限流熔断器，其特征在于：所述快速隔离器通过高压电流母线与支持绝缘子连接。
3.根据权利要求1所述的一种海上平台电网的快速限流熔断器，其特征在于：所述快速隔离器通过高压电流母线与电子控制器连接。
4.根据权利要求1所述的一种海上平台电网的快速限流熔断器，其特征在于：所述快速隔离器通过高压电流母线与高压隔离变压器连接。
5.根据权利要求1所述的一种海上平台电网的快速限流熔断器，其特征在于：所述快速隔离器内设有电流变化率传感器。
6.根据权利要求5所述的一种海上平台电网的快速限流熔断器，其特征在于：所述电流变化率传感器通过信号电缆与电子控制器连接。
7.根据权利要求1所述的一种海上平台电网的快速限流熔断器，其特征在于：所述电子控制器通过电源电缆与高压隔离变压器连接。
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