CN106899009A - 一种lc串联谐振母线残压保持系统 - Google Patents

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张国勇
宋安超
李富强
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Abstract

本发明涉及一种LC串联谐振母线残压保持系统，包括氧化锌FR、谐振电容器C及与谐振电容器C串联的放电阻尼器RL,所述放电阻尼器RL的进线端依次经高速涡流开关K1、隔离刀闸G1与配电柜的进线端相连，谐振电容器C的出线端依次经限流电抗器L、隔离刀闸G2与配电柜的出线端相连，所述氧化锌FR的进线端与放电阻尼器RL的进线端相连，其输出端与谐振电容器C的出线端相连。本发明具有可靠性高，动作快、结构简单、安全稳定等优点，有效保证母线在馈线支路短路故障时的不失压,实现短路故障切除后母保电抗器的零损耗，提高供电的可靠性和安全性，同时避免了因停电检修或更换系统中的元器件而带来经济损失。

Description

一种LC串联谐振母线残压保持系统
技术领域
本发明涉及电力系统配电设备限流技术领域，具体涉及一种LC串联谐振母线残压保持系统。
背景技术
随着经济的发展，企业用电负荷的急剧增长，电网中母线所带支路越来越多，当母线下某一条支路发生短路，与该支路相连的母线电压陡降严重，母线残余的电压一般低于额定电压的20%，只有当该支路断路器开断，切除了短路故障，母线电压才能恢复。母线电压从陡降到恢复这段时间就是断路器开断短路故障的时间，大约在0.1秒左右，也就是微机综合保护判断故障的时间（20ms-30ms），加上断路器固有动作时间（40ms-80ms），再加上电弧过零时间（16ms左右）。母线电压出现凹陷这段时间，企业供电系统称之为“晃电”。在“晃电”发生期间，母线残压很低，使一些未发生短路故障的负载运行中断，如变频器、电动机、继电器、电磁阀等。这些对“晃电”反应明显的负载称之为敏感负载，其特点是有机械运动以及有电能或磁能储能元件的存在。企业内使用的电机多为异步电机，而异步电机的旋转磁场的保持来自于电网的无功支持，某支路短路时母线残压很低，其他支路上的异步电机得不到无功支持，且还要向短路点输出短路电流，异步电机的短路时间常数τ一般在30ms以下，“晃电”时间接近3τ，按指数规律衰减的异步电机的磁场消耗殆尽，在短路故障点切除后电压恢复的时刻，电网对异步电机重建磁场产生了5-7倍额定电流的冲击，造成继电保护误动作。通常母线残压在50%以下时，敏感负载可容忍的“晃电”时间不大于30ms。当区外网发生短路故障，可以将区内网整体（全部负载）或部分重要负载切换到另一个区外网，但区内网中某支路发生短路就不能整体切换了，只能部分切换。若区内网中重要的敏感负载已人为集中到少数支路或其支路数本就不多，部分切换是可以解决区内网短路造成重要负载停运的问题，必要条件是要有可以切换的合适区外网。如果区内网中重要的敏感负载支路很多，部分切换的成本就太大，如果连可切换的区外网条件都不具备，那么要解决区内网晃电问题，采用母线残压保持装置是可取的方案。
目前市场使用的母线残压保持装置都是通过高速开关控制母保电抗器的投入，正常运行时，高速开关短接母保电抗器，当支路发生短路故障时，高速开关分闸，把母保电抗器串接到线路中，从短路故障发生到高速开关分闸需要18ms，短路故障有可能扩大到母线侧，将造成更大范围的电力系统短路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LC串联谐振母线残压保持系统，有效保证母线在馈线支路短路故障时的不失压,实现短路故障切除后母保电抗器的零损耗，提高供电的可靠性和安全性，避免了因停电检修或更换系统中的元器件而带来经济损失。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种LC串联谐振母线残压保持系统，包括氧化锌FR、谐振电容器C及与谐振电容器C串联的放电阻尼器RL，所述放电阻尼器RL的进线端依次经高速涡流开关K1、隔离刀闸G1与配电柜的进线端相连，谐振电容器C的出线端依次经限流电抗器L、隔离刀闸G2与配电柜的出线端相连，所述氧化锌FR的进线端与放电阻尼器RL的进线端相连，其输出端与谐振电容器C的出线端相连。
上述方案中，还包括放电保护系统，所述放电保护系统用于保护谐振电容器C不被烧坏，限制短路电流的强度，隔离短路故障点。
所述放电保护系统采用高速涡流开关K0，所述高速涡流KO的一端与放电阻尼器RL的进线端相连，其另一端与谐振电容器C的出线端相连。
上述方案中，还包括隔离刀闸G3，所述隔离刀闸G3的进线端与隔离刀闸G1的进线端相连，其出线端与隔离刀闸G2的出线端相连。
所述放电阻尼器RL由电感L1和电阻R相并联组成，所述放电阻尼器RL的进线端与高速涡流开关K1的出线端相连，其出线端与谐振电容器C的进线端相连。
所述高速涡流开关K0、K1为真空灭弧式断路器。
由上述技术方案可知，本发明所述的LC串联谐振母线残压保持系统，具有可靠性高，动作快、结构简单、安全稳定等优点，该串联谐振母线残压保持系统能在2ms内能投入母保电抗器L，使馈线电流为正常运行额定电流大小，防止短路故障范围的进一步扩大，有效保证母线在馈线支路短路故障时的不失压,又可以实现短路故障切除后母保电抗器的零损耗，同时又能通过隔离刀闸实现不停电检修或更换系统中的元器件，大大提高供电的可靠性和安全性，同时避免了因停电检修或更换系统中的元器件而带来经济损失。
附图说明
图1是本发明的电气原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，一种LC串联谐振母线残压保持系统，包括高速涡流开关K0、隔离刀闸G3、氧化锌FR、谐振电容器C及与谐振电容器C串联的放电阻尼器RL，放电阻尼器RL的进线端依次经高速涡流开关K1、隔离刀闸G1与配电柜的进线端相连，谐振电容器C的出线端依次经限流电抗器L、隔离刀闸G2与配电柜的出线端相连，氧化锌FR的进线端与放电阻尼器RL的进线端相连，其输出端与谐振电容器C的出线端相连。该高速涡流KO的一端与放电阻尼器RL的进线端相连，其另一端与谐振电容器C的出线端相连；该隔离刀闸G3的进线端与隔离刀闸G1的进线端相连，其出线端与隔离刀闸G2的出线端相连。
本实施例的，谐振电容器C用于正常运行与母保电抗器L构成串联谐振，实现母保电抗器L零损耗；高速涡流开关K0，用于在短路后2ms内短接谐振电容器C，从而投入母保电抗器L，限制短路电流的强度，使故障侧的断路器能有效隔离短路故障点；高速涡流开关K1，用于在故障侧断路器不能有效隔离故障点时，立即切断整条馈线，防止短路故障进一步的扩大。该高速涡流开关K0、K1均由安装在配电柜中的快速控制系统控制其开断，本实施例中，高速涡流开关K0、K1均为真空灭弧室灭弧断路器。所述氧化锌FR，用于系统短路后限制谐振电容器C两端的电压,防止谐振电容器C因过压而损坏。
本实施例的放电阻尼器RL由电感L1和电阻R相并联组成，放电阻尼器RL的进线端与高速涡流开关K1的出线端相连，其出线端与谐振电容器C的进线端相连。其出线端与谐振电容器C的进线端相连，该放电阻尼器RL用于谐振电容器C短接保护后释放其电能。隔离刀闸G1、G2、G3与安装在配电柜中的操作机构相连接，通过人工控制其开断，该隔离刀闸G1、G2、G3用于不停电检修或更换系统中的元器件，大大提高供电的可靠性和安全性，同时避免了因停电检修带来经济损失。
工作原理如下：
正常运行时，负载回路中串接的限流电抗器L与该谐振电容器C构成串联谐振，使限流电抗器L消耗的无功损耗完全由谐振电容器C提供，不会给用户造成任何的经济负担，实现限流电抗器L零损耗的经济目的。限流电抗器L与谐振电容器C构成串联谐振，使得在正常供电运行状态下，无论负载如何变化，对工频来说限流电抗器L与谐振电容器C构成串联谐振，使用户负载端电压等于母线电压。
当母线馈线下任一支路发生短路故障时，高速涡流开关K0，在短路后2ms内短接谐振电容器C，从而投入母保电抗器L，通过母保电抗器L将该条馈线的短路故障电流限制到该条馈线的额定电流的大小，从而有效防止母线因一条支路出现故障而使整条母线失压，大大减小短路故障的范围。当母保电抗器L投入时，故障支路短路电流大大降低，支路断路器能有效切除该支路的短路故障；当该支路断路器因出现故障时，不能快速有效切除本支路的短路故障时，由串联谐振母线残压保持系统中控制器立即控制高速涡流开关K1分闸，将整条支路进行隔离，防止短路故障的进一步扩大。当短路故障被本支路断路器切除后，快速控制系统控制高速涡流开关K0立即分闸，将谐振电容器C串入回路中，与母保电抗器L构成串联谐振，防止母保电抗器L长期投入消耗大量无功损耗和用户端电压过低的实际运行问题。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种LC串联谐振母线残压保持系统，其特征在于：包括氧化锌FR、谐振电容器C及与谐振电容器C串联的放电阻尼器RL,所述放电阻尼器RL的进线端依次经高速涡流开关K1、隔离刀闸G1与配电柜的进线端相连，谐振电容器C的出线端依次经限流电抗器L、隔离刀闸G2与配电柜的出线端相连，所述氧化锌FR的进线端与放电阻尼器RL的进线端相连，其输出端与谐振电容器C的出线端相连。
2.根据权利要求1所述的LC串联谐振母线残压保持系统，其特征在于：还包括放电保护系统，所述放电保护系统用于保护谐振电容器C不被烧坏，限制短路电流的强度，隔离短路故障点。
3.根据权利要求2所述的LC串联谐振母线残压保持系统，其特征在于：所述放电保护系统采用高速涡流开关K0，所述高速涡流KO的一端与放电阻尼器RL的进线端相连，其另一端与谐振电容器C的出线端相连。
4.根据权利要求1所述的LC串联谐振母线残压保持系统，其特征在于：还包括隔离刀闸G3，所述隔离刀闸G3的进线端与隔离刀闸G1的进线端相连，其出线端与隔离刀闸G2的出线端相连。
5.根据权利要求1所述的LC串联谐振母线残压保持系统，其特征在于：所述放电阻尼器RL由电感L1和电阻R相并联组成，所述放电阻尼器RL的进线端与高速涡流开关K1的出线端相连，其出线端与谐振电容器C的进线端相连。
6.根据权利要求3所述的LC串联谐振母线残压保持系统，其特征在于：所述高速涡流开关K0、K1为真空灭弧式断路器。
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