CN105958431A - 一种限制变压器低压侧故障电流的保护装置 - Google Patents

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何俊佳
刘俊翔
王勇
苏海博
许中
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Abstract

本发明公开了一种限制变压器低压侧故障电流的保护装置，设置在变压器的低压侧，保护装置包括耦合电抗器和第一断路器；第一断路器和耦合电抗器中的一臂串联后构成第一支路，耦合电抗器中的另一臂为第二支路，第一支路与所述第二支路并联后接入待保护的线路中；耦合电抗器在额定工况下对外表现为小漏电抗；在短路故障工况下在两臂通流时分配电流，使第一断路器断开，在单臂限流时限制故障电流；第一断路器用于在短路故障工况下，耦合电抗器的两臂通流时快速开断所述第一支路的故障电流。本发明可以减少故障电流对变压器的冲击的影响，减小对系统的影响并提高使用效率。

Description

一种限制变压器低压侧故障电流的保护装置
技术领域
本发明属于变压器技术领域，更具体地，涉及一种限制变压器低压侧故障电流的保护装置。
背景技术
随着电力系统的高速发展，系统短路电流水平急剧增加，短路电流水平的不断增大对电网造成了严重的后果。当变压器低压侧发生短路故障时，部分短路电流超过断路器的开断能力，导致变压器绕组经受不住短路电流的冲击而损坏，给企业和社会造成重大损失。因此，必须采取有效的措施来限制变压器低压侧短路故障电流水平，保证电网安全稳定运行。
目前限制变压器低压侧短路故障电流的措施主要有以下几种，(1)将限流电抗器串接在变压器低压侧，然而限流电抗器长期接入系统，会增加能耗，降低电能质量、供电能力及系统的稳定性。(2)将快速隔离器和高压限流熔断器并联后接在变压器低压侧，该方案在开断故障电流中快速隔离器采用爆破切割技术，专利CN202473563 U提出了一种“过流自保护变压器”，在变压器的高压绕组端设置限流熔断器，然而该方案在出现过流时断开，不能重复使用，以上方案都降低了装置的使用效率。(3)采用基于耦合电抗器的并联断路器：专利申请号为200920268629.9的实用新型专利申请文件中提出了一种“基于紧耦合空心电抗器的并联型断路器”，专利CN201510801252.9提出了一种“限流型开断装置”，然而以上技术中都需要两台断路器与耦合电抗器相连接入系统，因此增加了装置的复杂性，限制了其实际应用。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种限制变压器低压侧故障电流的保护装置，其目的在于减少故障电流对变压器的冲击的影响，减小对系统的影响并提高使用效率。
本发明提供了一种限制变压器低压侧故障电流的保护装置，设置在所述变压器的低压侧，所述保护装置包括耦合电抗器和第一断路器；所述第一断路器和所述耦合电抗器中的一臂串联后构成第一支路，所述耦合电抗器中的另一臂为第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联后接入待保护的线路中；所述耦合电抗器用于在额定工况下对外表现为小漏电抗；在短路故障工况下在两臂通流时分配电流，使第一断路器断开，在单臂限流时限制故障电流；所述第一断路器用于在短路故障工况下，所述耦合电抗器的两臂通流时快速开断所述第一支路的故障电流。
更进一步地，工作时，在短路故障工况下，故障电流由并联的两支路共同承担，其开断过程可分为两个阶段，第一阶段：第一断路器接到故障信号并迅速动作，第一断路器开断对应第一支路的故障电流，第一支路断开；第二阶段：第一支路断开后故障电流转移到第二支路，由于限流电感L2的作用，将故障电流限制到线路断路器CB2的开断能力范围内。
更进一步地，所述耦合电抗器单臂电感L2的选取需保证第一支路断开后，第二支路处于单臂限流工况时，L2能将故障电流限制在线路断路器CB2的开断能力范围内。
更进一步地，所述耦合电抗器两臂电感L1与L2比值n，需保证在短路故障工况下两臂通流时流过第一支路的故障电流I1在断路器CB1的开断能力范围内。
本发明具有以下优点：
(1)在正常工况下，由于耦合电抗器具有较高的耦合度，电抗器对外的漏电抗很小，因此对系统的影响可忽略不计。
(2)在短路故障工况下，断路器CB1迅速动作，第一支路断开，使第二支路处于限流工况，通过线路断路器CB2开断故障电流。该装置能够将故障电流限制到可靠范围内，有效减小变压器低压侧中大的故障电流的持续时间，降低了故障电流对变压器的冲击。当故障消除后，CB1重新投入使用，提高了装置使用效率。
(3)该装置中耦合电抗器两臂电感L1与L2比值n可大于、小于或等于1，可以根据实际需求选择合适的断路器CB1的参数及耦合电抗器参数，使用范围广泛。同时该保护装置仅采用一台断路器与耦合电抗器，因此装置结构、控制简单，减少了装置的复杂性。
附图说明
图1为本发明提供的限制变压器低压侧故障电流保护装置电路图。
图2为本发明提供的一种应用于变压器低压侧的保护装置整体电路图。
其中1为变压器，2为耦合电抗器，3为断路器CB1，4为线路断路器CB2。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明涉及一种限制变压器低压侧故障电流保护装置，特别是针对能快速开断故障电流，减小故障电流对变压器的冲击，同时控制简单、对系统影响小和使用效率高的一种装置。
为了解决现有的问题，减少故障电流对变压器的冲击的影响，减小对系统的影响和提高使用效率，本发明提出了一种限制变压器低压侧故障电流保护装置。在正常工况下，电流流过两并联的支路，由于耦合电抗器具有较高的耦合度，此时耦合电抗器对外的漏电抗很小，对系统的影响可忽略不计；在短路故障工况下，故障电流由并联的两支路共同承担，其开断过程可分为两个阶段，第一阶段：短路器CB1接到故障信号并迅速动作，断路器CB1开断对应第一支路的故障电流，第一支路断开；第二阶段：第一支路断开后故障电流转移到第二支路，由于限流电感L2的作用，将故障电流限制到线路断路器CB2的开断能力范围内。
本发明采用以下技术方案，一种限制变压器低压侧故障电流保护装置，其电路主要组成部分包括：耦合电抗器、断路器CB1。
上述耦合电抗器设计中，根据系统实际运行参数选择合适的电抗器两臂电感L1与L2比值n，n可大于、小于或等于1，参数n需满足在短路故障工况下，两臂通流时流过第一支路的故障电流在断路器CB1的开断能力范围内，断路器CB1能成功开断第一支路的故障电流，同时保证单臂电感L2能将故障电流限制到线路断路器CB2的开断能力范围内。
图2所示，在正常工况下，两并联支路通过额定电流时对外表现为很小的漏电抗，对系统的影响可忽略不计；在短路故障工况下，断路器CB1动作，使第一支路先断开，故障电流转移到第二支路，由于限流电感的作用将故障电流限制到线路断路器CB2的开断能力范围内。
耦合电抗器1、2臂电感分别为L1、L2，在短路故障工况下，两臂通流时流过第一支路、第二支路的电流分别为I1、I2。
耦合电抗器选取原则：在额定工况下，两臂通流时应减小该保护装置对系统的影响；在短路故障工况下，需综合考虑变压器低压侧短路故障电流水平和断路器CB1、线路断路器CB2的开断能力，从而保证成功开断故障电流。因此耦合电抗器选取原则如下：(1)耦合电抗器具有较高的耦合系数；(2)根据系统实际工况，合理匹配断路器CB1及耦合电抗器参数，其中所选的耦合电抗器两臂电感L1与L2比值n，需保证在短路故障工况下两臂通流时流过第一支路的故障电流I1在断路器CB1的开断能力范围内；(3)耦合电抗器单臂电感L2的选取需保证第一支路断开后，第二支路处于单臂限流工况时，L2能将故障电流限制在线路断路器CB2的开断能力范围内。
断路器CB1选取原则：(1)在短路故障下，为降低故障电流对变压器绕组的冲击，断路器CB1需快速动作从而保证第一支路故障电流能够快速转移到第二支路，减少大的故障电流的持续时间，因此断路器CB1应由具备快速开断能力的断路器组成。根据具体情况可以采用基于快速斥力机构或快速永磁机构的多断口真空断路器或其它具有快速分闸能力的断路器。(2)在短路故障工况下，在两支路通流时，耦合电抗器的参数决定了第一支路及第二支路的电流分配，因此断路器CB1的开断能力需根据系统实际变压器低压端的短路电流水平及耦合电抗器参数进行选择。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种限制变压器低压侧故障电流的保护装置，其特征在于，设置在所述变压器的低压侧，所述保护装置包括耦合电抗器(2)和第一断路器(3)；
所述第一断路器(3)和所述耦合电抗器(2)中的一臂串联后构成第一支路，所述耦合电抗器(2)中的另一臂为第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联后接入待保护的线路中；
所述耦合电抗器(2)在额定工况下对外表现为小漏电抗；在短路故障工况下在两臂通流时分配电流，使第一断路器(3)断开，在单臂限流时限制故障电流；
所述第一断路器(3)用于在短路故障工况下，所述耦合电抗器(2)的两臂通流时快速开断所述第一支路的故障电流。
2.如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，工作时，在短路故障工况下，故障电流由并联的两支路共同承担，其开断过程可分为两个阶段，第一阶段：第一断路器(3)接到故障信号并迅速动作，第一断路器(3)开断对应第一支路的故障电流，第一支路断开；第二阶段：第一支路断开后故障电流转移到第二支路，由于限流电感L2的作用，将故障电流限制到线路断路器CB2的开断能力范围内。
3.如权利要求1或2所述的保护装置，其特征在于，所述耦合电抗器单臂电感L2的选取需保证第一支路断开后，第二支路处于单臂限流工况时，L2能将故障电流限制在线路断路器CB2的开断能力范围内。
4.如权利要求3所述的保护装置，其特征在于，所述耦合电抗器两臂电感L1与L2比值n，需保证在短路故障工况下两臂通流时流过第一支路的故障电流I1在断路器CB1的开断能力范围内。
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