CN104393577A - 一种快速灭弧器、弧光保护系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种快速灭弧器，包括3组真空灭弧室和1组电磁斥力操作机构，所述3组真空灭弧室的静触头分别连接被保护母线的A、B、C三相，动触头分别连接电磁斥力机构的金属导电杆，金属导电杆直接接地。本发明还提出了一种弧光保护系统及其控制方法。快速灭弧器在3ms内将电弧故障转变为金属性短路故障，最终断路器分闸完全切除故障。弧光保护系统通过基于电磁斥力操作机构的快速灭弧器，再加上弧光快速检测，快速灭弧，大大降低电弧对设备和人身造成的伤害。

Description

一种快速灭弧器、弧光保护系统及控制方法

技术领域

本发明属于输变电领域，具体涉及一种快速灭弧器、弧光保护系统及控制方法，可用于金属封闭开关柜以及其他变配电设备内部的电弧检测及保护。

背景技术

中低压母线因其出线多，操作频繁，设备绝缘老化和机械磨损，再加上运行条件恶劣等因素造成其故障几率比高压、超高压母线高得多。中低压开关柜发生故障产生的电弧能量，可以轻而易举地折断配电板上10mm直径的螺栓。电弧火灾在没有灭弧保护的情况下，通常可以直接熔毁开关柜或一整套机组，使其无法修复。电弧故障还可能波及站用直流系统，从而形成系统性故障，造成巨大的直接和间接经济损失。总而言之电弧故障对运行人员和设备都将造成极大的危害。

综上所述，在中低压金属开关柜中装设快速弧光保护系统是非常有必要的。

现有弧光保护系统的工作原理是接受弧光传感器和电流互感器的信号，通过控制装置对接受的信号进行逻辑判断，最终发出相关断路器跳闸指令。但从断路器接收到跳闸指令到完全切除故障，通常需要100ms的时间。在此时间内电弧已经对设备造成了极大的破坏，因此传统弧光保护系统不能有效保护运行设备及人身安全。

本发明针对目前弧光保护系统存在的缺陷，采用快速灭弧器在3ms内进行灭弧，从而有效降低了电弧故障地设备及人身的安全威胁，具有广泛的工程实施意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种快速灭弧器、弧光保护系统及控制方法，能够准确识别判断电弧故障，并能在3ms内进行快速灭弧，大大降低了电弧故障对中低压配电系统中的设备以及运行维护人员的安全危险。

本发明的技术方案是：一种快速灭弧器，其特征在于：包括3组真空灭弧室和1组电磁斥力操作机构，所述3组真空灭弧室的静触头分别连接被保护母线的A、B、C三相，动触头分别连接电磁斥力机构的金属导电杆，金属导电杆直接接地。

上述方案中：所述电磁斥力机构由1组储能触发单元、3组合闸线圈、3组分闸线圈、3只金属斥力盘、3根金属导电杆和3组双稳态碟簧构成；金属斥力盘分别安装于分闸线圈和合闸线圈中间，并且分别与金属导电杆连接；金属导电杆的端部穿过双稳态碟簧的中心，并且与双稳态碟簧中心紧密固定。

上述方案中：所述储能触发单元包括1个合闸储能电容、1个分闸储能电容、1个合闸触发半导体开关、1个分闸触发半导体开关、1个合闸续流二极管和1个分闸续流二极管；所述合闸储能电容与合闸触发半导体开关以及3组合闸线圈串联；所述分闸储能电容与分闸触发半导体开关以及3组分闸线圈串联。

本发明还提供一种弧光保护系统，包括控制检测单元、弧光检测光学探头；其特征在于：所述系统还包括如权利要求1所述的快速灭弧器，所述快速灭弧器与弧光检测光学探头分别通过光纤与控制检测单元连接。

本发明还提供一种弧光保护系统的控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1：控制检测单元接收弧光检测光纤探头信号和电流互感器信号；

步骤2：控制检测单元根据接受的信号作出有无电弧光故障发生的判断；

步骤3：若控制检测单元判断有电弧光故障发生，则立刻同时发出故障所在供电支路断路器的跳闸信号和故障所在母线段的快速灭弧器灭弧信号；

步骤4：快速灭弧器接收到灭弧信号后，储能触发单元导通合闸触发半导体开关，合闸储能电容向合闸线圈放电；

步骤5：断路器接收到跳闸信号后动作跳闸，跳闸完成后完全切除故障电流；

步骤6：快速灭弧器接收到控制检测单元的分闸信号后，储能触发单元导通分闸触发半导体开关，分闸储能电容向分闸线圈放电。

采用上述方案后，本发明具有以下优点：

1.快速灭弧器通过斥力线圈的串联设计能够实现三相同时动作，能在3ms内消除故障点电弧，有效保护设备和人身安全。

2.快速灭弧器具有快速分闸功能，能在5ms内完成分闸，有利于配电系统的重启动。

3.快速灭弧器能够重复多次使用，降低新型快速弧光保护系统动作后的维护成本。

4.控制检测单元与快速灭弧器通过光纤连接，不受配电系统强电磁干扰的影响，安全可靠性高。

附图说明

图1是本发明快速灭弧器的原理结构图

图2是本发明弧光保护系统的控制原理图

图3是本发明弧光保护系统应用于配电系统的典型配置图

其中1-控制检测单元，2-弧光检测光学探头，3-快速灭弧器，4-电流信号，5-光学探头信号，6-断路器跳闸信号，7-快速灭弧器灭弧信号，8-快速灭弧器分闸信号，9-电磁斥力操作机构，10-储存触发单元，11-合闸线圈，12-分闸线圈，13-金属斥力盘，14-金属导电杆，15-双稳态碟簧，16-分闸储能电容，17-分闸触发半导体开关，18-分闸续流二极管，19-合闸储能电容，20-合闸触发半导体开关，21-合闸续流二极管，22-真空灭弧室，23-真空灭弧室静触头，24-真空灭弧室动触头

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种快速灭弧器，包括3组真空灭弧室(22)和1组电磁斥力操作机构(9)。3组真空灭弧室的静触头(23)分别连接被保护配电系统的A、B、C三相母线，动触头(24)分别连接电磁斥力机构的金属导电杆(14)，金属导电杆(14)直接接地。

如图1所示，电磁斥力机构(9)由1组储能触发单元(10)、3组合闸线圈(11)、3组分闸线圈(12)、3只金属斥力盘(13)、3根金属导电杆(14)和3组双稳态碟簧(15)构成。金属斥力盘(13)分别安装于合闸线圈(11)和分闸线圈(12)中间，并且分别与金属导电杆(14)连接。金属导电杆(14)的端部穿过双稳态碟簧(15)的中心，并且与双稳态碟簧(15)中心紧密固定。

如图1所示，储能触发单元(10)包括1个分闸储能电容(16)、1个合闸储能电容(19)、1个分闸触发半导体开关(17)、1个合闸触发半导体开关(20)、1个分闸续流二极管(18)和1个合闸续流二极管(21)。分闸储能电容(16)与分闸触发半导体开关(17)以及3组分闸线圈(12)串联。合闸储能电容(19)与合闸触发半导体开关(20)以及3组合闸线圈(11)串联。分闸续流二极管(18)和合闸续流二极管(21)分别与3组分闸线圈(12)和3组合闸线圈并联(11)。

如图1所示，分闸储能电容(16)可通过外部充电回路充电至500V，当分闸触发半导体开关(17)接收到分闸指令时导通，分闸储能电容(16)向3组串联的分闸线圈(12)放电，并在3只金属斥力盘(13)上产生感应涡流，分闸线圈(12)放电电流和金属斥力盘(13)上的感应涡流的磁场相反，产生电磁斥力，使得金属斥力盘(13)带动金属导电杆(14)以及真空灭弧室动触头(24)向下运动，在5ms内实现分闸动作。分闸到位后由双稳态碟簧(15)提供分闸状态保持力。

如图1所示，合闸储能电容(19)可通过外部充电回路充电至600V，当合闸触发半导体开关(17)接收到灭弧动作指令时导通，合闸储能电容(19)向3组串联的合闸线圈(11)放电，并在3只金属斥力盘(13)上产生感应涡流，合闸线圈(11)放电电流和金属斥力盘(13)上的感应涡流的磁场相反，产生电磁斥力，使得金属斥力盘(13)带动金属导电杆(14)以及真空灭弧室动触头(24)向上运动，在3ms实现合闸动作，将电弧故障转化为金属性短路故障，起到快速灭弧。合闸到位后由双稳态碟簧(15)提供合闸状态保持力。

如图2所示，本发明提供的一种弧光保护系统，包括控制检测单元(1)、弧光检测光学探头(2)，还包括快速灭弧器(3)。快速灭弧器(3)、弧光检测光学探头(2)通过光纤与控制检测单元(1)连接。

如图3所示，配电系统中的母线Ⅰ段和Ⅱ段分别安装一套快速灭弧器(3)。正常工作时，快速灭弧室(3)的3组真空灭弧室(22)处于分闸状态，分别承受母线相对地电压。

本发明提供的一种弧光保护系统控制方法包括如下步骤：

步骤1：如图3所示，本案例中，控制检测单元(1)接受多路装设在被保护系统中的弧光检测光纤探头信号(5)和电流互感器CT1、CT2和CT3的电流信号(4)；

步骤2：如图3所示，本案例中，当控制检测单元(1)根据接受的电流信号(4)和弧光探头信号(5)是否均达到了保护动作门槛值，作出有无电弧光故障发生的判断；

步骤3：如图3所示，本案例中，若控制检测单元(1)判断有电弧光故障发生，则立刻发出故障所在支路上的断路器跳闸信号(6)和故障所在母线Ⅰ段或Ⅱ段上装设的快速灭弧器(3)的灭弧信号(7)；

步骤4：如图3所示，本案例中，故障所在母线Ⅰ段或Ⅱ段上装设的快速灭弧器(3)接收到灭弧信号(7)后，储能触发单元(10)导通内部合闸触发半导体开关(20)，向3组串联合闸线圈(11)放电，并在3只金属斥力盘(13)上产生感应涡流。感应涡流的磁场与合闸线圈(11)电流产生的磁场相反，产生电磁斥力，使得3组金属斥力盘(13)带动3根金属导电杆(14)以及3组真空灭弧室动触头(24)向上运动，在3ms内完成三相同时快速合闸。将电弧故障转化为金属性短路电流，实现快速灭弧；

步骤5：如图3所示，本案例中，断路器CB1、CB2、CB3和CB4接收到跳闸信号(6)后动作跳闸，约100ms后完全切除系统故障电流。

步骤6：如图3所示，本案例中，故障所在母线Ⅰ段或Ⅱ段上装设的快速灭弧器(3)接收到控制检测单元(1)的分闸信号后，储能触发单元(10)导通内部分闸触发半导体开关(17)，并向3组分闸线圈(12)放电，在3只金属斥力盘(13)上产生感应涡流。感应涡流的磁场与分闸线圈(12)电流产生的磁场相反，产生电磁斥力，使得3只金属斥力盘(13)带动3根金属导电杆(14)以及3组真空灭弧室动触头(24)向下运动，在5ms内完成快速分闸。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围有所附的权利要求定义。

Claims (5)

1.一种快速灭弧器，其特征在于：包括3组真空灭弧室和1组电磁斥力操作机构，所述3组真空灭弧室的静触头分别连接被保护母线的A、B、C三相，动触头分别连接电磁斥力机构的金属导电杆，金属导电杆直接接地。

2.如权利要求1所述的一种快速灭弧器，其特征在于：所述电磁斥力机构由1组储能触发单元、3组合闸线圈、3组分闸线圈、3只金属斥力盘、3根金属导电杆和3组双稳态碟簧构成；金属斥力盘分别安装于分闸线圈和合闸线圈中间，并且分别与金属导电杆连接；金属导电杆的端部穿过双稳态碟簧的中心，并且与双稳态碟簧中心紧密固定。

3.如权利要求2所述的一种快速灭弧器，其特征在于：所述储能触发单元包括1个合闸储能电容、1个分闸储能电容、1个合闸触发半导体开关、1个分闸触发半导体开关、1个合闸续流二极管和1个分闸续流二极管；所述合闸储能电容与合闸触发半导体开关以及3组合闸线圈串联；所述分闸储能电容与分闸触发半导体开关以及3组分闸线圈串联。

4.一种弧光保护系统，包括控制检测单元、弧光检测光学探头；其特征在于：所述系统还包括如权利要求1所述的快速灭弧器，所述快速灭弧器与弧光检测光学探头分别通过光纤与控制检测单元连接。

5.一种如权利要求4所述的弧光保护系统的控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1：控制检测单元接收弧光检测光纤探头信号和电流互感器信号；

步骤2：控制检测单元根据接受的信号作出有无电弧光故障发生的判断；

步骤3：若控制检测单元判断有电弧光故障发生，则立刻同时发出故障所在供电支路断路器的跳闸信号和故障所在母线段的快速灭弧器灭弧信号；

步骤4：快速灭弧器接收到灭弧信号后，储能触发单元导通合闸触发半导体开关，合闸储能电容向合闸线圈放电；

步骤5：断路器接收到跳闸信号后动作跳闸，跳闸完成后完全切除故障电流；

步骤6：快速灭弧器接收到控制检测单元的分闸信号后，储能触发单元导通分闸触发半导体开关，分闸储能电容向分闸线圈放电。