CN106159879B - 一种组合式大容量断路器系统 - Google Patents

一种组合式大容量断路器系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106159879B
CN106159879B CN201610740029.2A CN201610740029A CN106159879B CN 106159879 B CN106159879 B CN 106159879B CN 201610740029 A CN201610740029 A CN 201610740029A CN 106159879 B CN106159879 B CN 106159879B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit breaker
current
secondary side
breaker
short circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610740029.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106159879A (zh
Inventor
张健
张京伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Clp Zhejiang Intelligent Equipment Co ltd
Kong Cunguang
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201610740029.2A priority Critical patent/CN106159879B/zh
Publication of CN106159879A publication Critical patent/CN106159879A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106159879B publication Critical patent/CN106159879B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/025—Disconnection after limiting, e.g. when limiting is not sufficient or for facilitating disconnection

Abstract

本发明涉及一种组合式大容量断路器系统。本发明的目的是提供一种经济可靠的组合式大容量断路器系统，以解决现有的断路器开断能力不够、价格昂贵、安全性差的问题。本发明的技术方案是：组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述断路系统由主回路上的主断路器和短接断路器、限流变压器、二次侧开断组件和继电保护控制单元组成，其中：发电机电源侧出口处与主断路器连接，短接断路器与主断路器串联连接，短接断路器的两端并联限流变压器一次侧绕组的两端，限流变压器二次侧绕组的两端与二次侧开断组件并联连接；所述继电保护控制单元用于自动控制各断路器的跳闸及合闸动作。本发明适用于电气工程领域。

Description

一种组合式大容量断路器系统
技术领域
本发明涉及电气工程领域，尤其是大型发电机出口处的组合式大容量断路器系统。
背景技术
大容量发电机断路器安装在发电机与主变压器之间，可以对提高电厂运行效率和可靠性对保护发电机起到至关重要的作用。目前，容量为60万千瓦以上的发电机组出口装设断路器已渐成趋势。然而，大容量发电机断路器开断短路电流100kA以上价格昂贵，目前国内外只有极少数企业有成套能力(包括ABB、阿尔斯通、三菱、西开电气等)。
目前，大型发电机的容量已达到百万千瓦水平、电网中跨区电网的最大短路电流已经接近断路器的最大遮断容量值，因而对大开断能力断路器的需求十分迫切。断路器生产厂家目前一台百万千瓦机组的发电机出口回路的断路器，价格高达1000万元～1500万元(人民币)或以上。严重制约投资电厂的经济性，且瞬间开断断路器动作仍有发生飞车事故的可能，而在高压500kV电网中，由于500kV断路器目前的最大开断能力为80KA，超过该电流目前尚未有能力制造。因此，无论是大型发电机出口侧断路器的开断容量，还是电网中对大容量断路器的要求，都迫切需要有：1)对于30kV电压开断短路电流能力达250kA以上，对于500kV电压等级，开断能力80kA以上的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述问题，本发明提供一种经济可靠的组合式大容量断路器系统，以解决现有的断路器开断能力不够、价格昂贵、安全性差的问题。
本发明所采用的技术方案是：组合式大容量断路器系统，其特征在于所述断路系统由主回路上的主断路器和短接断路器、限流变压器、二次侧开断组件和继电保护控制单元组成，其中：
发电机电源侧出口处与主断路器连接，短接断路器与主断路器串联连接，短接断路器的两端并联限流变压器一次侧绕组的两端，限流变压器二次侧绕组的两端与二次侧开断组件并联连接；
所述继电保护控制单元用于自动控制各断路器的跳闸及合闸动作。
所述二次侧开断组件为二次侧断路器，优选六氟化硫高压交流断路器。
所述二次侧开断组件为电力电子开断组件，由整流桥堆DZ、电容器C1和电容器C2、放电转换开关DK1～DK4及放电电磁铁DCT组成，其中电容器C1和电容器C2并联后再与整流桥堆DZ的两个直流输出端并联，放电电磁铁DCT并联在两个电容器的中间，并且电容器C1、放电转换开关DK1和放电转换开关DK2与电容器C2、放电转换开关DK3和放电转换开关DK4对称布置。
所述主断路器优选六氟化硫交流断路器、油断路器或真空断路器。
所述短接断路器优选六氟化硫交流断路器或真空断路器，开断时间为3～5ms。
所述限流变压器采用三相双绕组变压器，包括一次侧绕组、二次侧绕组、回型硅钢片、绝缘层和有载分接开关，其中，回型硅钢片为带气隙δ的铁芯体。
本发明的有益效果是：本发明通过在短接断路器两端并联限流变压器、同时设置二次侧断路器连续开断的方法，使得短路电流在瞬间转移至限流变压器上，而使通过主断路器的短路电流得以减小，使得目前普遍使用的断路器能够在有安全保障的情况下进行开断，从而避免发生安全事故。本发明易实施，制造成本只有目前电厂投入发电机断路器装置资金的2/3左右，不但具有显著的经济效益，而且对发电机的冲击电流也大大减小，安全性得以提高。
附图说明
图1是本发明现有技术的电原理图。
图2是本发明的电原理图。
图3是本发明实施例一的电路图。
图4是本发明实施例二的电路图。
图5～图8是实施例二中两组电容器轮流充放电的电路图。
具体实施方式
如图2所示，本发明组合式的大容量断路系统由主回路上的主断路器DL1和短接断路器DL2、限流变压器BK、二次侧开断组件4(二次侧断路器DL3或电力电子开断组件)和继电保护控制单元BH组成，其中：发电机电源侧出口与主断路器DL1连接，短接断路器DL2与主断路器DL1串联连接，短接断路器DL2的两端并联限流变压器BK一次侧绕组N1的两端，限流变压器BK二次侧绕组N2的两端与二次侧开断组件4并联连接。所述变电所或发电厂原有安装的继电保护控制单元BH用于自动控制各断路器的跳闸及合闸动作。
所述限流变压器BK一般采用三相双绕组变压器，包括一次侧绕组N1、二次侧绕组N2、回型硅钢片1、绝缘层2和有载分接开关3，其中，回型硅钢片为带气隙δ的铁芯体，以增加其安全性。
系统正常运行时，主断路器DL1、短接断路器DL2和二次侧断路器DL3(或电力电子开断组件)分别处于合闸位置，由于限流变压器BK的一次侧绕组N1处于短接断路器DL2的短接状态之中，因此一次侧绕组N1不会呈现电压。当系统发生短路时，如D点故障时，由继电保护控制单元BH(预先设计的程序)指示短接断路器DL2先跳闸，在本设计中短接断路器DL2为一种快速断路器，对其操作机构进行定制改进，要求分断时间在5ms以内快速分断(常规型断路器分断时间为15～25ms)，而当短接断路器DL2分断后，短路电流即流向限流变压器BK的一次侧绕组N1线圈，短路电流I1在N1绕组的线圈上感应出电动势U1，此时变压器呈现的电抗值XL＝U1/I1，设计中取电抗值XL为0.5～1Ω，此时流过限流变压器所产生的功率值P＝U1·I1，在短接断路器DL2分断以后，又当二次侧断路器DL3受到继电保护信号而将限流变压器BK二次侧绕组N2的回路开断后，会使得一次侧绕组N1上电压U1迅速增加，在限流变压器BK上消耗的功率P＝U1·I1，如当U1的增量为2.2倍时，根据系统瞬变能量守恒原则，此时短路电流ID将会减少2.2倍，如果设计中二次侧断路器DL3的分断时间亦为3～5ms，则本系统装置可以在10ms内可将初始的短路电流限制到初始值时的一半以上，或者是原来的三分之一，只要通过设计限流变压器BK初级绕组N1的匝数就能调节限制短路电流的量值。
在本装置设计之中，对于短接断路器DL2在选用普通型断路器如通用35kV真空断路器(ZN-35/1500型断路器)时，因其分闸时间通常为25～35ms，而由于本装置的特殊性，要求分闸时间缩短至5ms内，因此，本发明需要用快速电磁铁在原断路器的操作机构中进行改造(可以按要求定制)，例如使用电磁力在100～300kg的快速推拉电磁铁连接入ZN-35型的分闸操作杆，选用电磁铁型号为LX3-1000D，生产厂家为苏州力迅磁电科技有限公司，经这样分闸操动机构改造后，可将短接断路器DL2的分闸时间缩短至5ms内。
下面通过二个具体实施例作进一步介绍如下：
实施例一、
众所周知，发生短路故障时，要对系统短路电流进行有效的限制，必须瞬时串联接入一个有一定值数的电阻器或者电抗器DK(图1所示)，如宁夏电力科学研究院的方案(专利号为201310007631.1)，以及浙江大学邱家驹、王虹富“利用串联制动电阻提高风力发电机组低电压穿越能力”的方案。通常在500kV系统中的限流器装置要求串联的阻抗值要求不小于8～10Ω，才能将短路电流ID由70kA下降至500kV/10Ω＝50kA以下的水平。但是，由于断路器DL与电抗器DK是并联情况下开关进行开断，并联电抗器中阻值的大小，直接影响断路器DL的分断能力，当DK阻值过大时，就会造成断路器分闸开断失败，如电抗器阻值Xc若为7Ω时，瞬间在断路器断口形成的电压值为U1＝70kA╳7Ω＝490kV，而这个电压值再乘以短路电流，遮断容量S＝ID·U1，说明该断口所产生的功率值可能已经超过断路器的遮断容量S，就会使得断路器无法分断短路电流而发生爆炸或者烧毁开关。因此，在设计中并联电抗器的阻抗值Xc是越小越好。
如图3所示，本例主断路器DL1和短接断路器DL2均选用六氟化硫交流断路器。二次侧开断组件4采用二次侧断路器DL3，也是六氟化硫交流断路器，要求设计限流变压器BK的初始电抗值0.5Ω(一般在0.5～1Ω之间)，即当二次侧断路器DL3闭合时，一次侧绕组N上U1电压很低，则由限流变压器BK呈现的电抗XBK＝U1/ID很小。这样短接断路器DL2在分断瞬间产生的断口电压值为：若短路电流为70kA，根据欧姆定律U＝I·R，U＝70kA╳0.5Ω＝35kV，功率S＝70kA╳35kV＝2450kVA，这个值要比原有方式的开断容量S＝70kA╳500kV＝35000MVA减小了500/35＝14倍；而当二次侧断路器DL3断开后，限流变压器BK的电抗值又发生了一个大的增量变化，这相当于主回路上串联接入了一个高阻抗的电抗器，它可将短路电流由70kA降至50kA以下，这时再由主断路器DL1对主回路进行开断，此时，由于短路电流已经在普通断路器的安全开断范围以内，主断路器DL1进行分闸操作就十分安全了。本方案大大减少了对短接断路器DL2和主断路器DL1的开断容量要求，而普通型断路器的造价低廉，从而大幅减少了对系统装置的成本，而且由于快速串入电抗器，减少了短路电流对发电机的冲击，大大提高了电气设备在故障状况下的安全性。
实施例二、
如图4、图5～8所示，本例应用于发电机断路器系统，系统中主断路器DL1为真空断路器，短接断路器DL2为六氟化硫交流断路器，二次侧开断组件4由整流桥堆DZ(高压整流二极管)、电容器C1和电容器C2、放电转换开关DK1～DK4及放电电磁铁DCT组成，其中电容器C1和电容器C2并联后再与整流桥堆DZ的两个直流输出端并联，放电电磁铁DCT并联在两个电容器的中间，并且电容器C1、放电转换开关DK1和放电转换开关DK2与电容器C2、放电转换开关DK3和放电转换开关DK4对称布置。
正常情况下，短接断路器DL2处于合闸状态，限流变压器BK一次侧绕组N1处于短接状态，电流从DL2流过，变压器N1绕组上电压为零，系统中没有损耗，当发生短路故障时，由电流互感器CT监测到并上传至继电保护控制单元BH，当该控制单元判断该电流大于预设值后，该控制单元向短接断路器DL2发出断开命令，DL2在5ms内即刻断开，即将变压器的一次侧绕组N1作为电抗器投入限流运行中，此时，可将该短路电流限制到目标值的30％。与此同时，限流变压器BK的二次侧绕组N2向整流桥堆供电，交流电经整流桥堆DZ将交流的短路电流整流成直流整流后，随即向电容器C1充电，设计充电时间为1.5～3ms，当电容器C1充满电后，回路中的电流变成0，此时，变压器的二次侧绕组N2中因为充电电流截止，即相当于二次侧绕组N2的回路断流开路，这时立刻会引起变压器一次侧绕组N1的电压U1急剧上升，由欧姆定律I＝U/R,即变压器主回路上的阻抗大大增加，从而形成在5～6ms内瞬间相当于再次串联接入一个大电抗值的等效电抗器而产生限流作用，实现了主断路器DL1在额定电流的范围内安全开断的目的。
当具有重合闸要求时，可通过电容器C1和电容器C2的互换操作来实现充放电过程，具体描述如下：
如图5，正常运行时，放电转换开关DK1闭合，放电转换开关DK2、DK3、DK4断开，由于变压器的一次侧绕组N1被短接断路器DL2所短接，因此U1＝0，UAH＝0。当短路故障发生时，短接断路器DL2开断，U1产生电压，且U2＞＞U1，经过桥堆DZ后转为直流电压UAH，此时，
1、经整流后的短路电流由桥堆DZ的A点出发，经A→B→D→H，而形成回路的方式向即经由放电转换开关DK1向电容器组C1充电，当电容器C1充满电后，继电保护控制单元BH即将DK1断开，随即DK2合闸(如图6)，接通放电电磁铁DCT，对电容器C1进行放电；与此同时，继电保护控制单元BH又合上放电转换开关DK3，将备用的电容器C2投入运行，电容器C1放电结束后开关DK2又自动断开。
2、当遇有第二次短路事故时，短路电流流经桥堆DZ整流后的直流电流由A→B→E→H而形成回路的方式(如图7所示)，短路电流由放电转换开关DK3流向电容器C2充电，当C2充满电后，放电转换开关DK3又自动断开，同时，放电转换开关DK1、DK4自动合闸，放电电磁铁DCT短接于电容器C2的两端，使电容器C2放电，放电结束后，DK4又自动断开，各元件状态又回到初始状态(如图8所示)。
上述各步骤均由继电保护控制单元BH的计算机程序实现控制，在执行命令中，总有一组电容器(C1或C2)始终连接于桥堆DZ的输出端A、H，以保证整流桥堆DZ输出充电回路畅通。本例具有速度快、可靠性高的优点。
本发明涉及的元器件型号及生产厂家优选如下：
1、对于对500kV电网而言(如实施例一)，主断路器DL1、短接断路器DL2和二次侧断路器DL3适合选用六氟化硫交流断路器，型号为LW-12-500/3000A，西安高压开关厂生产。
限流变压器BK的二次侧应满足长时间短路状态运行，应用500kV电网时，变压器选用沈阳变压器厂，型号SFLG-300000/500的产品。
2、对于出口电压为27kV的发电机而言(如实施例二)，高压整流桥堆DZ型号为QL-150kV/5A，鞍山同兴电子有限公司生产。采用200多只并联方式，以满足短路电流相匹配的要求。
电容器C1、C2选用西安电容器厂生产的型号为TBB66kV/32064/334的高压电容器组。
放电转换开关DK1～DK4选用西安高压开关厂生产的110kV六氟化硫(SF6)交流断路器，型号为LW6-110I/600A。
放电电磁铁DCT，选用宁波力驱自动化科技有限公司生产的型号LEM-100A吸能型电磁铁。
当应用27kV发电机断路器案例时，限流变压器BK，选用浙江三门变压器厂制造的高阻抗变压器，型号为SFP-200000/110。
主断路器DL1、短接断路器DL2选用西安电器设备厂生产的35kV真空断路器，型号为ZN-35kV/15000A。

Claims (6)

1.一种组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述断路器系统由主回路上的主断路器(DL1)和短接断路器(DL2)、限流变压器(BK)、二次侧开断组件(4)和继电保护控制单元(BH)组成，其中：
发电机电源侧出口处与主断路器(DL1)连接，短接断路器(DL2)与主断路器(DL1)串联连接，短接断路器(DL2)的两端并联限流变压器(BK)一次侧绕组(N1)的两端，限流变压器(BK)二次侧绕组(N2)的两端与二次侧开断组件(4)并联连接；
所述继电保护控制单元(BH)用于自动控制各断路器的跳闸及合闸动作。
2.根据权利要求1所述的组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述二次侧开断组件(4)为二次侧断路器(DL3)，为六氟化硫高压交流断路器。
3.根据权利要求1所述的组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述二次侧开断组件(4)为电力电子开断组件，由整流桥堆DZ、电容器C1和电容器C2、放电转换开关DK1～DK4及放电电磁铁DCT组成，其中电容器C1和电容器C2并联后再与整流桥堆DZ的两个直流输出端并联，放电电磁铁DCT并联在两个电容器的中间，并且电容器C1、放电转换开关DK1和放电转换开关DK2与电容器C2、放电转换开关DK3和放电转换开关DK4对称布置。
4.根据权利要求1所述的组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述主断路器(DL1)为六氟化硫交流断路器、油断路器或真空断路器。
5.根据权利要求1所述的组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述短接断路器(DL2)为六氟化硫交流断路器或真空断路器，开断时间为3～5ms。
6.根据权利要求1所述的组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述限流变压器(BK)采用三相双绕组变压器，包括一次侧绕组(N1)、二次侧绕组(N2)、回型硅钢片(1)、绝缘层(2)和有载分接开关(3)，其中，回型硅钢片为带气隙δ的铁芯体。
CN201610740029.2A 2016-08-26 2016-08-26 一种组合式大容量断路器系统 Active CN106159879B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610740029.2A CN106159879B (zh) 2016-08-26 2016-08-26 一种组合式大容量断路器系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610740029.2A CN106159879B (zh) 2016-08-26 2016-08-26 一种组合式大容量断路器系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106159879A CN106159879A (zh) 2016-11-23
CN106159879B true CN106159879B (zh) 2018-10-09

Family

ID=57343275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610740029.2A Active CN106159879B (zh) 2016-08-26 2016-08-26 一种组合式大容量断路器系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106159879B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI693763B (zh) * 2018-11-06 2020-05-11 陳錫瑜 直流控制斷路器斷電跳脫系統改良裝置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201130845Y (zh) * 2007-12-10 2008-10-08 华中科技大学 并联电感限流断路器
CN201408976Y (zh) * 2009-05-15 2010-02-17 郭道胜 大容量高速限流开关装置
CN203119457U (zh) * 2013-01-28 2013-08-07 天津骏源电气科技发展有限公司 一种组合断路器
CN206076914U (zh) * 2016-08-26 2017-04-05 章则明 一种组合式大容量断路器系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106159879A (zh) 2016-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102790382B (zh) 一种限流软开断装置
EP3343715B1 (en) Short-circuit failure current limiter
US11017967B2 (en) Distribution grounding switch to support distributed energy resources
CN105449653B (zh) 一种交流电网中自动限制短路故障电流的装置
CN105896496A (zh) 一种采用磁控快速断路器的多级差保护配电自动化设备
CN105790218B (zh) 防止拒动的主变后备保护复压闭锁系统及方法
CN106159879B (zh) 一种组合式大容量断路器系统
US20120287544A1 (en) Isolation-type ac fault current limited circuit
CN205335830U (zh) 一种交流电网中自动限制短路故障电流的装置
CN108448551A (zh) 一种交流限流器及其限流方法
CN206076914U (zh) 一种组合式大容量断路器系统
CN205489519U (zh) 高电压大功率直流断路器
CN201181682Y (zh) 多功能小型断路器
CN214204938U (zh) 一种基于改进型桥路型高温超导限流器的发电厂变电所
CN103490395B (zh) 利用双芯可控移相器限制线路短路电流的方法
CN107611930A (zh) 一种高压保护系统
CN114256814A (zh) 一种分段母线的多级限流保护方法及配置系统
CN103887766B (zh) 一种并联型的发电机出口断路器
CN201611763U (zh) 智能大容量快速限流保护装置
CN202050239U (zh) 辅助开断高压并联电容器的可控快速放电装置
CN207691414U (zh) 一种高压保护装置
KR20210124183A (ko) 리셋 가능한 변압기 보호기의 결함 보호 구성
CN105610148B (zh) 高电压大功率直流断路器
CN206060167U (zh) 一种智能漏电断路器的控制器
CN209434870U (zh) 一种驱动高压防爆开关的分闸装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220622

Address after: 310022 room 322, building 1, No. 25, Kangning street, Xiacheng District, Hangzhou City, Zhejiang Province

Patentee after: CLP (Zhejiang) Intelligent Equipment Co.,Ltd.

Patentee after: Kong Cunguang

Address before: 310012 block F, Huaxing modern industrial park, No. 18, gudangtang Miao Road, Hangzhou, Zhejiang

Patentee before: Zhang Zeming

Patentee before: Zhangjinglun

TR01 Transfer of patent right