CN106851888B - 一种50mw交流电弧加热器的双回路供电电路 - Google Patents

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Abstract

一种50MW交流加热器的双回路供电电路，包括两个供电回路以及交流电弧加热器，其中，两个供电回路结构相同，均包括加热器馈出柜、加热器启动柜、隔离开关、扼流电抗器和高压测量设备。加热器馈出柜主要作用是110KV变电站的10KV电源馈出到10KV配电室，同时用于供电线路保护。加热器启动柜是一个大功率高分断容量的开关装置，用于启动和关断交流电弧加热器的运行。隔离开关是在交流电弧加热器和扼流电抗器检修时形成可见断开点。扼流电抗器是一种多分级电抗的空心电抗器，用于调节交流电弧加热器的电流，同时起到稳流的作用。高压测量装置是测量电弧端的电压和电流。交流电弧加热器是利用高压交流电源产生电弧的装置。

Description

一种50MW交流电弧加热器的双回路供电电路
技术领域
本发明涉及一种50MW大功率交流电弧加热器双回路供电电路，属于交流电弧加热器的高压配电技术领域。
背景技术
航天飞行器在再入大气层时其表面将经受严重的气动加热环境，其防热系统的防热材料需要在地面进行气动热试验，以考核其防热性能，气动热试验一般在电弧加热器射流或电弧风洞中进行，交流电弧加热器是产生等离子电弧的设备之一。
随着气动热地面模拟技术的发展，各种类型的电弧加热器被研制出来并应用于气动热地面模拟试验。由于结构和运行方式的限制，各类电弧加热器均有其模拟范围。例如，管状电弧加热器用来模拟高压、低焓环境，片式和段式电弧加热器用于模拟中低压、中高焓环境，三相交流电弧加热器实现高压、中低焓运行。
以上加热器从供电方式上可以区分为采用直流电源供电的直流加热器，如管状、片式和段式直流电弧加热器，采用工频交流电源供电的交流电弧加热器。
交流电弧加热器的电源采用工业电网直接供电，交流电弧加热器本体是将电弧加热器的A，B，C三相电极在空间排成“星式”，中间用混合室连接起来，形成三相对称的“星式”电弧负载的加热器，为解决大功率电弧加热器的供电问题，同时满足电弧功率的调节和稳定，需要设计专用的供电回路。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种50MW大功率交流电弧加热器双回路供电电路，采用双回路供电方式，配合加热器双星式并联结构，并在线路阻抗上达到一致性从而使两路电源平衡，利于电弧的稳定燃烧。
本发明采用的技术方案为：
一种50MW交流加热器的双回路供电电路，包括两个供电回路以及交流电弧加热器，其中，两个供电回路结构相同，均包括加热器馈出柜、加热器启动柜、隔离开关、扼流电抗器和高压测量设备；
供电母线和交流电弧加热器之间通过两个供电回路连接，每个供电回路均为加热器馈出柜、加热器启动柜、隔离开关和扼流电抗器依次串联；高压测量设备用于测量供电回路的电压和电流。
加热器馈出柜采用真空中置柜，连接于110/10kV主变压器的母线上，以实现对供电回路的供电及保护。
加热器启动柜采用真空中置柜，且真空中置柜中的开关采用大电流和高分段真空开关。
所述大电流和高分段真空开关是指4000A/40kA的真空开关。
隔离开关的工作参数为10kV/3150A。
扼流电抗器为空心分级结构，实现所述交流加热器的限流和调流，扼流电抗器采用7级电抗。
高压测量设备采用霍尔元件或者电流互感器采集电流量，采用电压互感器或者分压电阻与变送器采集电压量。
交流电弧加热器为两组“三相星式”组合并联型结构，且两组“三相星式”组合之间通过混合室共地连接，使得两个供电回路达到电位平衡。
所述两组“三相星式”组合并联型结构是指：
交流电弧加热器包括6个电极，分为两组，每组三个电极互成2π/3角分布，电弧从每相电极开始，在混合室中心闭合，形成两组“星式”电弧。
所述交流电弧加热器为三相交流电弧加热器，其设计功率为50MW。
本发明与现有技术相比带来的有益效果为：
(1)本发明供电电路设计合理，保护完善，满足交流加热器大功率运行的要求。
(2)本发明电路通过对扼流电抗器的设计，使得供电电路具有调流和调功的特点，满足交流加热器不同的运行状态。
(3)本发明交流加热器采用双“三相星式”并联结构，可是实现加热器的大功率运行，并且本发明还通过令两组“三相星式”组合之间通过混合室共地连接，使得两个供电回路达到电位平衡。
附图说明
图1为本发明交流电弧加热器的双回路供电电气原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出了一种50MW交流加热器的双回路供电电路，主要用于大功率交流电弧加热器的运行。包括两个供电回路以及交流电弧加热器6，其中，两个供电回路结构相同，均包括加热器馈出柜1、加热器启动柜2、隔离开关3、扼流电抗器4和高压测量设备5；
供电母线和交流电弧加热器6之间通过两个供电回路连接，每个供电回路均为加热器馈出柜1、加热器启动柜2、隔离开关3和扼流电抗器4依次串联；高压测量设备5用于测量供电回路的电压和电流。
加热器馈出柜1采用10kV/3150A真空中置柜，连接于110/10kV主变压器的母线上，以实现对供电回路的供电及保护。要求两台主变压器的容量和电压相同，阻抗相近，联结组别相同，以达到线路阻抗的一致性
加热器启动柜2采用真空中置柜，且真空中置柜中的开关采用大电流和高分段真空开关，并增加远控线路，实现开车和停车的同一信号。大电流和高分段真空开关是指4000A/40kA的真空开关。
隔离开关3的工作参数为10kV/3150A。停车状态下分断隔离开关，以保证电抗器(4)和交流加热器(6)的绝对安全。
扼流电抗器4为空心分级结构，实现所述交流加热器的限流和调流，扼流电抗器4采用7级电抗。每级对应一定的线路电流，该电流既为控制的电弧电流。
高压测量设备5采用霍尔元件或者电流互感器采集电流量，采用电压互感器或者分压电阻与变送器采集电压量。高压测量设备5同时测量交流电弧加热器6个臂的线电流和相电压。
交流电弧加热器6为两组“三相星式”组合并联型结构，且两组“三相星式”组合之间通过混合室共地连接，使得两个供电回路达到电位平衡。
两组“三相星式”组合并联型结构是指：交流电弧加热器6包括6个电极，分为两组，每组三个电极互成2π/3角分布，电弧从每相电极开始，在混合室中心闭合，形成两组“星式”电弧。交流电弧加热器6为三相交流电弧加热器，其设计功率为50MW。
每个“三相星式”可以等效为一个独立的电弧负载，这两个负载之间通过混合室共地连接，从结构上做出了等电位点，为加热器双回路供电提供理论依据，双回路供电方式选用相近的线路阻抗达到电位的平衡，避免了两组电弧的相互干扰。同时增加扼流电抗器来调节电弧电流，从而满足不同气动热试验状态的功率需求。
本发明可以应用于50MW交流电弧加热器的运行、保护、调流和测量，并为设计更大功率交流电弧加热器提供供电依据。

Claims (10)

1.一种50MW交流加热器的双回路供电电路，其特征在于：包括两个供电回路以及交流电弧加热器(6)，其中，两个供电回路结构相同，均包括加热器馈出柜(1)、加热器启动柜(2)、隔离开关(3)、扼流电抗器(4)和高压测量设备(5)；
供电母线和交流电弧加热器(6)之间通过两个供电回路连接，每个供电回路均为加热器馈出柜(1)、加热器启动柜(2)、隔离开关(3)和扼流电抗器(4)依次串联；加热器馈出柜(1)与供电母线连接，扼流电抗器(4)与交流电弧加热器(6)连接；高压测量设备(5)用于测量供电回路的电压和电流。
2.根据权利要求1所述的一种50MW交流加热器的双回路供电电路，其特征在于：加热器馈出柜(1)采用真空中置柜，连接于110/10kV主变压器的母线上，以实现对供电回路的供电及保护。
3.根据权利要求1所述的一种50MW交流加热器的双回路供电电路，其特征在于：加热器启动柜(2)采用真空中置柜，且真空中置柜中的开关采用大电流和高分段真空开关。
4.根据权利要求3所述的一种50MW交流加热器的双回路供电电路，其特征在于：所述大电流和高分段真空开关是指4000A/40kA的真空开关。
5.根据权利要求1所述的一种50MW交流加热器的双回路供电电路，其特征在于：隔离开关(3)的工作参数为10kV/3150A。
6.根据权利要求1所述的一种50MW交流加热器的双回路供电电路，其特征在于：扼流电抗器(4)为空心分级结构，实现所述交流加热器的限流和调流，扼流电抗器(4)采用7级电抗。
7.根据权利要求1所述的一种50MW交流加热器的双回路供电电路，其特征在于：高压测量设备(5)采用霍尔元件或者电流互感器采集电流量，采用电压互感器或者分压电阻与变送器采集电压量。
8.根据权利要求1所述的一种50MW交流加热器的双回路供电电路，其特征在于：交流电弧加热器(6)为两组“三相星式”组合并联型结构，且两组“三相星式”组合之间通过混合室共地连接，使得两个供电回路达到电位平衡。
9.根据权利要求8所述的一种50MW交流加热器的双回路供电电路，其特征在于：所述两组“三相星式”组合并联型结构是指：
交流电弧加热器(6)包括6个电极，分为两组，每组三个电极互成2π/3角分布，电弧从每相电极开始，在混合室中心闭合，形成两组“星式”电弧。
10.根据权利要求1、8或9所述的一种50MW交流加热器的双回路供电电路，其特征在于：所述交流电弧加热器(6)为三相交流电弧加热器，其设计功率为50MW。
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