CN104779597A - 电力系统限流保护设备及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统限流保护设备及其保护方法，监测装置对被监测回路进行监测，获取检测信号发送至控制装置。控制装置根据检测信号得到回路电流值，并在回路电流值大于或等于限流阈值时输出限流信号至换流装置，以及在回路电流值小于或等于回切阈值时输出回切信号至换流装置。换流装置在接收到限流信号后增大接入被监测回路的阻抗，以及在接收到回切信号后减小接入被监测回路的阻抗。根据检测到的回路电流值的大小，控制换流装置是否快速切换接入被监测回路的阻抗，在故障发生瞬间将被监测回路中的电流限制在允许范围内，既确保电力系统所有站点都可以采用不停电的并列转供电方式，也消除了并列期间的设备风险，提高了供电可靠性。

Description

电力系统限流保护设备及其保护方法

技术领域

本发明涉及电力电网技术领域，特别是涉及一种电力系统限流保护设备及其保护方法。

背景技术

电力系统发生短路故障时，短路电流一般为额定电流的十几倍，这给变压器、发电机、断路器、输电线路等电气设备造成很大危害。随着各类型用电企业的发展壮大，用电负荷大举攀升，主变压器容量也相应增大，各企业电网系统面临短路电流已经接近和达到负载真空断路器的最大使用极限、负载侧真空断路器开断容量不足、变压器抗短路电流冲击能力设计不足等问题，也严重威胁着企业安全运行。

传统的限流保护设备是采用普通串联限流电抗器进行限流，没有从根本上解决限流深度问题(电抗率均在百分之十几左右)，同时带来了有功无功损耗、母线压降、漏磁场等弊病。由于限流深度不够，不能有效的保护发电机、变压器等主要电气设备，电力系统在并列方式下站点发生短路时产生的短路电流冲击下导致绕组变形而损坏等灾难性事故发生。传统的限流保护设备存在供电可靠性低的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种供电可靠性高的电力系统限流保护设备及其保护方法。

一种电力系统限流保护设备，包括监测装置、控制装置和换流装置，所述换流装置设置于电力系统的被监测回路中，所述监测装置连接所述被监测回路，所述控制装置连接所述监测装置和换流装置，

所述监测装置用于对所述被监测回路进行监测，获取检测信号发送至所述控制装置；

所述控制装置用于根据所述检测信号得到回路电流值，并在所述回路电流值大于或等于限流阈值时输出限流信号至所述换流装置，以及在所述回路电流值小于或等于回切阈值时输出回切信号至所述换流装置；所述限流阈值大于所述回切阈值；

所述换流装置在接收到所述限流信号后切换至高阻抗状态，增大接入所述被监测回路的阻抗，以及在接收到所述回切信号后切换至低阻抗状态，减小接入所述被监测回路的阻抗。

一种电力系统限流保护设备的保护方法，包括以下步骤：

监测装置对被监测回路进行监测，获取检测信号发送至控制装置；

所述控制装置根据所述检测信号得到回路电流值，并在所述回路电流值大于或等于限流阈值时输出限流信号至换流装置；

所述换流装置在接收到所述限流信号后切换至高阻抗状态，增大接入所述被监测回路的阻抗；

所述控制装置在所述回路电流值小于或等于回切阈值时输出回切信号至所述换流装置；所述限流阈值大于所述回切阈值；

所述换流装置在接收到所述回切信号后切换至低阻抗状态，减小接入所述被监测回路的阻抗。

上述电力系统限流保护设备及其保护方法，监测装置对被监测回路进行监测，获取检测信号发送至控制装置。控制装置根据检测信号得到回路电流值，并在回路电流值大于或等于限流阈值时输出限流信号至换流装置，以及在回路电流值小于或等于回切阈值时输出回切信号至换流装置。换流装置在接收到限流信号后切换至高阻抗状态，增大接入被监测回路的阻抗，以及在接收到回切信号后切换至低阻抗状态，减小接入被监测回路的阻抗。根据检测到的回路电流值的大小，控制换流装置是否快速切换接入被监测回路的阻抗，在故障发生瞬间将被监测回路中的电流限制在允许范围内，既确保电力系统所有站点都可以采用不停电的并列转供电方式，也消除了并列期间的设备风险。与传统的限流保护设备相比，提高了供电可靠性。

附图说明

图1为一实施例中电力系统限流保护设备的结构图；

图2为一实施例中换流装置的结构图；

图3为另一实施例中电力系统限流保护设备的结构图；

图4为一实施例中电力系统限流保护设备的保护方法的流程图；

图5为另一实施例中电力系统限流保护设备的保护方法的流程图。

具体实施方式

一种电力系统限流保护设备，如图1所示，包括监测装置110、控制装置120和换流装置130，换流装置130设置于电力系统的被监测回路中，监测装置110连接被监测回路，控制装置120连接监测装置110和换流装置130。

监测装置110用于对被监测回路进行监测，获取检测信号发送至控制装置120。控制装置120用于根据检测信号得到回路电流值，并在回路电流值大于或等于限流阈值时输出限流信号至换流装置130，以及在回路电流值小于或等于回切阈值时输出回切信号至换流装置130。换流装置130在接收到限流信号后切换至高阻抗状态，增大接入被监测回路的阻抗，以及在接收到回切信号后切换至低阻抗状态，减小接入被监测回路的阻抗。

具体地，被监测回路可以是单相回路、二相回路或三相回路等，限流阈值大于回切阈值，限流阈值和回切信号的具体取值可根据实际情况进行调整。监测装置110获取检测信号用作控装置120判断被监测回路是否出现故障。根据被监测回路的结构不同，检测装置110与被监测回路的具体连接关系也会有所不同。

在其中一个实施例中，检测信号包括电流信号和电压信号，监测装置110包括电流传感器和电压传感器。

电流传感器连接被监测回路和控制装置120，用于对被监测回路进行电流监测，获取电流信号并发送至控制装置120；电压传感器连接被监测回路和控制装置120，用于对被监测回路进行电压监测，获取电压信号并发送至控制装置120。控制装置120根据电流信号得到回路电流值，以及根据电压信号得到回路电压值并进行存储。

本实施例中即是采用电流传感器和电压传感器分别对被监测回路中的电流和电压进行监控，控制装置120根据采集到的电流信号和电压信号得到回路电流值和回路电压值进行保存，以便查阅。控制装置120根据得到的回路电流值可判断被监测回路是否发生故障。

在其中一个实施例中，如图2所示，换流装置130包括断路器132和限流电抗器134，断路器132和限流电抗器134并联后设置于被监测回路中，断路器134连接控制装置120，在接收到限流信号后分闸，使限流电抗器134接入被监测回路，增大接入被监测回路的阻抗。断路器134在接收到回切信号后合闸，使限流电抗器134短路，减小接入被监测回路的阻抗。

在其中一个实施例中，断路器132为真空断路器，体积小、重量轻且适用于频繁操作，提高操作便利性。本实施例中，真空断路器采用快速真空断路器，可在5毫秒内完成分闸的全部机械动作，12毫秒内完成合闸的全部机械动作，及时进行分闸和合闸操作，提高电网安全性。

在其中一个实施例中，如图3所示，电力系统限流保护设备还包括与控制装置120连接的远程终端140，控制装置120还用于将回路电流值、回路电压值和换流装置130的状态参数发送至远程终端140进行显示。

远程终端140具体可以是平板电脑、台式电脑或触控终端等设备，换流装置130的状态参数用于表示换流装置130处于高阻抗状态或低阻抗状态。远程终端140显示回路电流值和回路电压值，可以是根据数据绘制对应的电流波形和电压波形进行显示。可以理解，用户也可通过远程终端140发送控制指令至控制装置120进行远程控制，例如遥控控制装置120启动和关闭，以及进行数据查询提取等操作。本实施例中远程终端140通过光纤与控制装置120连接，提高检测信号的传输速度和传输稳定性。

控制装置120获取相关数据后还发送至远程终端140进行显示，以及远程终端140发送控制指令至控制终端140进行远程控制，控制便于用户进行远程查看和控制操作，提高操作便利性。

在其中一个实施例中，控制装置120还用于在回路电流值大于或等于限流阈值时发送报警信号至远程终端140，远程终端140在接收到报警信号后输出报警信息。

远程终端140输出报警信息，具体可以是通过控制报警灯发光报警，可以是通过扬声器发声报警，也可以是通过显示屏系显示预设的图片或文字等信息。当回路电流值大于或等于限流阈值时通过远程终端140输出报警信息，提醒工作人员及时对电力系统进行检修，保证电网安全运行。

此外，在其中一个实施例中，电力系统限流保护设备为采用GIS(GasInsulated Switchgear，气体绝缘全封闭组合电器)技术安装的设备。电力系统限流保护设备除了包括上述装置外，还包括GIS壳体、GIS电缆终端、高压套管等元器件。采用GIS技术对电力系统限流保护设备进行组装，使得装置整体体积大大缩小，从而减少装置的占地面积。

为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合电力系统限流保护设备的工作流程进行详细的解释说明。

电力系统正常运行时，换流装置130呈低阻抗状态，快速真空断路器处于闭合状态，将限流阻抗器134短接，能量损耗极小。监测装置110的电压传感器和电流传感器在线监测被监测回路中的电压和电流的变化，控制装置120不断读取监测装置110的信号，进行计算和分析，判断电流的变化是否达到规定的限制值。同时通过光纤将监测到的回路电压值、回路电流值和换流装置130的运行参量上送至远程终端管140，并接受程终端管140发送的控制指令，实现远方监控。

一旦电力系统的线路发生短路故障，线路上的电压和电流会随之发生变化，监测装置110的电压传感器和电流传感器检测到的电压和电流也将随之发生变化，控制装置120根据传感器的信号变化，在2ms内计算并预判故障电流将大于或等于限流阈值后，给快速真空断路器发出命令，快速真空断路器可在其后的5～13ms内完成机械分闸，并完成整个开断灭弧过程，将限流阻抗器134投入，换流装置130完成从低阻抗状态向高阻状态的转变，限制故障电流。同时控制装置120向远程终端140发送报警信号和被监测回路的参数，也接收远程终端140发送的控制指令，实现远方监控。

当线路故障排除后，线路上的电压和电流会随之恢复，监测装置110的电压传感器和流传感器检测到的电压和电流也将正常变化，控制装置120根据传感器的信号变化，在2ms内计算判定电流已降至回切阈值，向快速真空断路器发出命令，快速真空断路器可在17～20ms之内完成机械合闸，换流装置130完成从高阻态向低阻抗状态返回；同时控制装置120向远程终端管140发送解除报警信号和被监测回路的参数，也接收远程终端140发送的控制指令，实现远方监控。

上述电力系统限流保护设备，根据检测到的回路电流值的大小，控制换流装置是否快速切换接入被监测回路的阻抗，在故障发生瞬间将被监测回路中的电流限制在允许范围内，既确保电力系统所有站点都可以采用不停电的并列转供电方式，也消除了并列期间的设备风险，提高了供电可靠性。

上述电力系统限流保护设备，可以避免给电网内带来的大量的无功损耗，节省相应的无功补偿设备的配置投资。显著降低因短路事故造成对电网设备的累计冲击作用，有效地提高设备的使用寿命，提高设备运行的可靠性，保持设备的健康水平，有利于设备全生命周期管理。

本发明还提供了一种电力系统限流保护设备的保护方法，基于上述电力系统限流保护设备实现。如图4所示，电力系统限流保护设备的保护方法包括以下步骤：

步骤S110：监测装置对被监测回路进行监测，获取检测信号发送至控制装置。被监测回路可以是单相回路、二相回路或三相回路等。监测装置获取检测信号用作判断被监测回路是否出现故障。根据被监测回路的结构不同，检测装置与被监测回路的具体连接关系也会有所不同。

步骤S120：控制装置根据检测信号得到回路电流值，并在回路电流值大于或等于限流阈值时输出限流信号至换流装置。限流阈值的具体取值可根据实际情况进行调整。控制装置根据得到的回路电流值可判断被监测回路是否发生故障，若回路电流值大于或等于限流阈值则说明被监测回路是否发生故障，输出限流信号至换流装置。

步骤S130：换流装置在接收到限流信号后切换至高阻抗状态，增大接入被监测回路的阻抗。在其中一个实施例中，换流装置包括断路器和限流电抗器。步骤S130具体为，断路器在接收到限流信号后分闸，使限流电抗器接入被监测回路，增大接入被监测回路的阻抗。

步骤S140：控制装置在回路电流值小于或等于回切阈值时输出回切信号至换流装置。限流阈值大于回切阈值，回切信号的具体取值也可根据实际情况进行调整。如果回路电流值小于或等于回切阈值，则可认为被监测回路故障消除，输出回切信号至换流装置。

步骤S150：换流装置在接收到回切信号后切换至低阻抗状态，减小接入被监测回路的阻抗。对应地，步骤S150具体为，断路器在接收到回切信号后合闸，使限流电抗器短路，减小接入被监测回路的阻抗。

在其中一个实施例中，步骤S120中，在得到回路电流值后，还可根据检测信号得到回路电压值，并将回路电流值、回路电压值和换流装置的状态参数发送至远程终端进行显示。

远程终端具体可以是平板电脑、台式电脑或触控终端等设备，换流装置的状态参数用于表示换流装置处于高阻抗状态或低阻抗状态。远程终端显示回路电流值和回路电压值，可以是根据数据绘制对应的电流波形和电压波形进行显示。可以理解，用户也可通过远程终端发送控制指令至控制装置进行远程控制，例如遥控控制装置启动和关闭，以及进行数据查询提取等操作。

在其中一个实施例中，如图5所示，电力系统限流保护设备的保护方法还包括步骤S160和步骤S170。

步骤S160：控制装置在回路电流值大于或等于限流阈值时发送报警信号至远程终端。控制装置在根据检测信号得到回路电流值，并判断回路电流值大于或等于限流阈值时输出报警指令至远程终端。

步骤S170：远程终端在接收到报警信号后输出报警信息。远程终端输出报警信息，具体可以是通过控制报警灯发光报警，可以是通过扬声器发声报警，也可以是通过显示屏系显示预设的图片或文字等信息。当回路电流值大于或等于限流阈值时通过远程终端输出报警信息，提醒工作人员及时对电力系统进行检修，保证电网安全运行。

上述电力系统限流保护设备的保护方法的具体实施方式在电力系统限流保护设备中进行了详细的解释说明，在此不再赘述。

上述电力系统限流保护设备的保护方法，根据检测到的回路电流值的大小，控制换流装置是否快速切换接入被监测回路的阻抗，在故障发生瞬间将被监测回路中的电流限制在允许范围内，既确保电力系统所有站点都可以采用不停电的并列转供电方式，也消除了并列期间的设备风险，提高了供电可靠性。

上述电力系统限流保护设备的保护方法，可以避免给电网内带来的大量的无功损耗，节省相应的无功补偿设备的配置投资。显著降低因短路事故造成对电网设备的累计冲击作用，有效地提高设备的使用寿命，提高设备运行的可靠性，保持设备的健康水平，有利于设备全生命周期管理。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电力系统限流保护设备，其特征在于，包括监测装置、控制装置和换流装置，所述换流装置设置于电力系统的被监测回路中，所述监测装置连接所述被监测回路，所述控制装置连接所述监测装置和换流装置，

所述监测装置用于对所述被监测回路进行监测，获取检测信号发送至所述控制装置；

所述控制装置用于根据所述检测信号得到回路电流值，并在所述回路电流值大于或等于限流阈值时输出限流信号至所述换流装置，以及在所述回路电流值小于或等于回切阈值时输出回切信号至所述换流装置；所述限流阈值大于所述回切阈值；

所述换流装置在接收到所述限流信号后切换至高阻抗状态，增大接入所述被监测回路的阻抗，以及在接收到所述回切信号后切换至低阻抗状态，减小接入所述被监测回路的阻抗。

2.根据权利要求1所述的电力系统限流保护设备，其特征在于，所述检测信号包括电流信号和电压信号，所述监测装置包括电流传感器和电压传感器，

所述电流传感器连接所述被监测回路和控制装置，用于对所述被监测回路进行电流监测，获取电流信号并发送至所述控制装置；

所述电压传感器连接所述被监测回路和控制装置，用于对所述被监测回路进行电压监测，获取电压信号并发送至所述控制装置；

所述控制装置根据所述电流信号得到回路电流值，以及根据所述电压信号得到回路电压值并进行存储。

3.根据权利要求2所述的电力系统限流保护设备，其特征在于，还包括与所述控制装置连接的远程终端，所述控制装置还用于将所述回路电流值、回路电压值和所述换流装置的状态参数发送至所述远程终端进行显示。

4.根据权利要求3所述的电力系统限流保护设备，其特征在于，所述控制装置还用于在所述回路电流值大于或等于限流阈值时发送报警信号至所述远程终端，所述远程终端在接收到所述报警信号后输出报警信息。

5.根据权利要求3所述的电力系统限流保护设备，其特征在于，所述远程终端通过光纤与所述控制装置连接。

6.根据权利要求1所述的电力系统限流保护设备，其特征在于，所述换流装置包括断路器和限流电抗器，所述断路器和限流电抗器并联后设置于所述被监测回路中，所述断路器连接所述控制装置，在接收到所述限流信号后分闸，在接收到所述回切信号后合闸。

7.根据权利要求6所述的电力系统限流保护设备，其特征在于，所述断路器为真空断路器。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的电力系统限流保护设备，其特征在于，电力系统限流保护设备为采用气体绝缘全封闭组合电器技术安装的设备。

9.一种电力系统限流保护设备的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

监测装置对被监测回路进行监测，获取检测信号发送至控制装置；

所述控制装置根据所述检测信号得到回路电流值，并在所述回路电流值大于或等于限流阈值时输出限流信号至换流装置；

所述换流装置在接收到所述限流信号后切换至高阻抗状态，增大接入所述被监测回路的阻抗；

所述控制装置在所述回路电流值小于或等于回切阈值时输出回切信号至所述换流装置；所述限流阈值大于所述回切阈值；

所述换流装置在接收到所述回切信号后切换至低阻抗状态，减小接入所述被监测回路的阻抗。

10.根据权利要求9所述的电力系统限流保护设备的保护方法，其特征在于，还包括以下步骤：

所述控制装置在所述回路电流值大于或等于限流阈值时发送报警信号至远程终端；

所述远程终端在接收到所述报警信号后输出报警信息。