CN109687418B - 短路电流的泄流装置、方法和含故障泄流装置的电力系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种短路电流的泄流装置、方法和含故障泄流装置的电力系统，所述泄流装置包括：第一快速开关，第一快速开关的一端与电力系统的输电线路相连；故障泄流器，故障泄流器包括主泄流电路、次泄流电路和后备保护电路，其中，主泄流电路、次泄流电路和后备保护电路连接在第一快速开关的另一端和地之间；电流探测元件，电流探测元件用于探测电力系统中输电线路的电流；控制器，用于在输电线路的电流大于第一泄流阈值时，控制第一快速开关闭合，并根据输电线路的电流控制主泄流电路、次泄流电路和后备保护电路中的至少一个进行泄流工作。该泄流装置可实现任意大短路电流的泄流，且能够在实现泄流的同时，保证泄流的安全性。

Description

短路电流的泄流装置、方法和含故障泄流装置的电力系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种短路电流的泄流装置、方法和含故障泄流装置的电力系统。

背景技术

随着现代电力系统负荷的持续增长、各大电网的紧密互联、大容量机组的不断投入，电网短路电流等级日益增大。在我国，国家电网、南方电网规模迅速扩张，地区区域电网互联日趋紧密，大量新能源及其它小容量电源并网接入，中低压电网变压器容量不断增大，这些技术措施虽然有效提高了电网的输电能力，也导致了短路电流的快速增长。短路故障被认为是对电网安全稳定运行最大的威胁之一，短路故障支路能否快速有效地被切除与短路电流大小密切相关。此外，短路电流对电力系统的电气设备本身具有很大的危害性，如增加设备运行负担、降低设备可靠性和使用寿命等。因此，抑制电力系统短路电流，快速有效地切除短路故障支路，保障电力系统的运行安全及可靠性，成为目前我国电力系统安全稳定运行以及电力建设、发展的迫切问题。

为此，故障限流器(Fault Current Limiter，简称FCL)被认为是一种有效的技术措施，如图1所示。该故障限流器被串联接入电网，正常状态下显示零阻抗特性，故障状态下显示高阻抗特性。因此，可以有效抑制电网短路电流大小，减轻断路器等开关设备的动、热稳定负担，提高断路器等开关设备的动作可靠性和使用寿命，有效实现电网短路故障支路切除。

众所周知，故障限流器本身存在着一定的缺陷，如技术难度大、建设成本高、网络损耗大等。为此，相较于故障限流器这种基于“堵电流”思路将其串联到电网中，相关技术在提出了一种故障泄流器(Fault Current Splitter,简称FCS)，将其并联接入电网中，如图2所示。该故障泄流器可将高水平短路故障电流分解为多个断路器可断开的小故障电流，从而实现故障电流支路的高效、安全切除。然而，该技术并未考虑到故障泄流器承受超自身泄流任务的情况，容易造成安全隐患。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种短路电流的泄流装置，该泄流装置能够在实现短路电流泄流的同时，保证泄流的安全性。

本发明的第二个目的在于提出一种含故障泄流装置的电力系统。

本发明的第三个目的在于提出一种短路电流的泄流方法。

为实现上述目的，本发明提出了一种短路电流的泄流装置，包括：第一快速开关，所述第一快速开关的一端与电力系统的输电线路相连；故障泄流器，所述故障泄流器包括主泄流电路、次泄流电路和后备保护电路，其中，所述主泄流电路的一端与所述第一快速开关的另一端相连，所述主泄流电路的另一端接地，所述次泄流电路与所述主泄流电路并联连接，所述后备保护电路的第一端与所述第一快速开关的另一端相连，所述后备保护电路的第二端与所述主泄流电路相连；电流探测元件，所述电流探测元件用于探测电力系统中输电线路的电流；控制器，所述控制器分别与所述电流探测元件、所述第一快速开关、所述主泄流电路、所述次泄流电路和所述后备保护电路相连，所述控制器用于在所述输电线路的电流大于第一泄流阈值时，控制所述第一快速开关闭合，并根据所述输电线路的电流控制所述主泄流电路、所述次泄流电路和所述后备保护电路中的至少一个进行泄流工作。

本发明实施例的短路电流的泄流装置，通过故障泄流器的设置，可实现任意大短路电流的泄流，且能够在实现泄流的同时，保证泄流的安全性。

另外，根据本发明实施例的短路电流的泄流装置还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述控制器具体用于：在所述输电线路的电流大于所述第一泄流阈值且小于或者等于第二泄流阈值时，控制所述主泄流电路进行泄流工作；在所述输电线路的电流大于所述第二泄流阈值且小于或者等于第三泄流阈值时，控制所述主泄流电路和所述次泄流电路进行泄流工作；在所述输电线路的电流大于所述第三泄流阈值时，至少控制所述后备保护电路进行泄流工作。

进一步地，所述主泄流电路包括：串联连接的真空开关和第一电阻，所述串联连接的真空开关和第一电阻的一端与所述第一快速开关的另一端相连；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述串联连接的真空开关和第一电阻的另一端相连，所述第二电阻的另一端接地；其中，所述控制器在所述输电线路的电流大于所述第一泄流阈值且小于或者等于所述第二泄流阈值时，控制所述真空开关闭合。

进一步地，所述次泄流电路包括：至少一个串联连接的第二快速开关和第三电阻，每个串联连接的第二快速开关和第三电阻均与所述主泄流电路并联连接；其中，所述控制器在所述输电线路的电流大于所述第二泄流阈值且小于或者等于所述三泄流阈值时，控制所述真空开关和至少一个所述第二快速开关闭合。

进一步地，所述后备保护电路包括：放电控制间隙，所述放电控制间隙与所述串联连接的真空开关和第一电阻并联连接；ZnO避雷器，所述ZnO避雷器与所述放电控制间隙并联连接；其中，所述控制器在所述输电线路的电流大于所述第三泄流阈值时，控制所述放电控制间隙放电，以向所述真空开关提供高频脉冲电流，使所述真空开关断开，以将所述输电线路的电流转移到所述ZnO避雷器上。

进一步地，所述后备保护电路还包括：电容，所述电容与所述ZnO避雷器并联连接；其中，当所述电容两端的电压超过电压阈值时，触发所述ZnO避雷器，以将所述输电线路的电流转移到所述ZnO避雷器上。

更进一步地，所述后备保护电路还包括：串联连接的可控并联间隙和第四电阻，所述串联连接的可控并联间隙和第四电阻与所述主泄流电路并联连接；串联连接的第三快速开关和第五电阻，所述串联连接的第三快速开关和第五电阻与所述主泄流电路并联连接；其中，所述可控并联间隙和所述第三快速开关作为所述ZnO避雷器短时热耐受能力的后备保护。

进一步地，所述控制器还用于：在所述输电线路的电流小于或者等于所述第一泄流阈值时，控制所述第一快速开关处于断开状态。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种含故障泄流装置的电力系统，包括上述实施例的短路电流的泄流装置。

本发明实施例的电力系统，采用上述的短路电流的泄流装置，可实现任意大短路电流的泄流，且能够在实现泄流的同时，保证泄流的安全性。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种短路电流的泄流方法，其应用于上述实施例的短路电流的泄流装置，所述方法包括以下步骤：探测电力系统中输电线路的电流；当所述输电线路的电流大于第一泄流阈值时，控制所述第一快速开关闭合，并根据所述输电线路的电流控制所述主泄流电路、所述次泄流电路和所述后备保护电路中的至少一个进行泄流工作。

本发明实施例的短路电流的泄流方法，可实现任意大短路电流的泄流，且能够在实现泄流的同时，保证泄流的安全性。

附图说明

图1是本发明提供的一种故障限流器接入方式的示意图；

图2是本发明提供的另一种故障泄流器接入方式的示意图；

图3是本发明提供的一种短路电流的泄流装置的结构示意图；

图4是本发明提供的一种短路电流的泄流装置的结构拓扑图；

图5是本发明提供的一种含故障泄流装置的电力系统的结构示意图；

图6是本发明提供的一种短路电流的泄流方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

图3是根据本发明实施例的短路电流的泄流装置的结构示意图。

如图3所示，短路电流的泄流装置包括：第一快速开关S1、故障泄流器10、电流探测元件20和控制器30。

参见图3，第一快速开关S1的一端与电力系统的输电线路L相连。故障泄流器10包括主泄流电路11、次泄流电路12和后备保护电路13，其中，主泄流电路11的一端与第一快速开关S1的另一端相连，主泄流电路11的另一端接地GND；次泄流电路12的一端与第一快速开关S1的另一端相连，次泄流电路12的另一端接地GND，即次泄流电路12与主泄流电路11并联连接；后备保护电路13的第一端与第一快速开关S1的另一端相连，后备保护电路13的第二端与主泄流电路11相连。电流探测元件20用于探测电力系统中输电线路L的电流。控制器30分别与第一快速开关S1、电流探测元件20、主泄流电路11、次泄流电路12和后备保护电路13相连，控制器30用于在输电线路L的电流大于第一泄流阈值时，控制第一快速开关S1闭合，并根据输电线路L的电流控制主泄流电路11、次泄流电路12和后备保护电路13中的至少一个进行泄流工作。其中，输电线路L的电流大于第一泄流阈值时，可将输电线路L的电流称为短路电流。

具体地，控制器30可在输电线路L的电流大于第一泄流阈值且小于或者等于第二泄流阈值时，控制主泄流电路11进行泄流工作；在输电线路L的电流大于第二泄流阈值且小于或者等于第三泄流阈值时，控制主泄流电路11和次泄流电路12进行泄流工作；以及在输电线路L的电流大于第三泄流阈值时，至少控制后备保护电路13进行泄流工作。当然，控制器还用于在输电线路L的电流小于或者等于第一泄流阈值时，判定电力系统工作正常，此时控制第一快速开关S1处于断开状态。其中，各泄流阈值可根据实际需要进行标定。

在本发明的实施例中，如图4所示，主泄流电路11可包括：串联连接的真空开关CB和第一电阻R0、第二电阻R1。其中，串联连接的真空开关CB和第一电阻R0的一端与第一快速开关S1的另一端相连；第二电阻R1的一端与串联连接的真空开关CB和第一电阻R0的另一端相连，第二电阻的另一端接地GND。

在该实施例中，控制器30可在输电线路L的电流大于第一泄流阈值且小于或者等于第二泄流阈值时，控制真空开关CB闭合，以使主泄流电路11进行泄流工作。

进一步地，次泄流电路12可包括至少一个串联连接的第二快速开关和第三电阻，每个串联连接的第二快速开关和第三电阻均与主泄流电路11并联连接。如图4所示，次泄流电路12包括n-1个第二快速开关S2～Sn，n-1个第三电阻R2～Rn，其中，Si和Ri对应串联连接，且Si和Ri串联后与主泄流电路11并联连接，n为大于或者等于2的整数，2≤i≤n。

在该实施例中，控制器30在输电线路L的电流大于第二泄流阈值且小于或者等于三泄流阈值时，控制真空开关CB和至少一个第二快速开关闭合，以使主泄流电路11和次泄流电路12进行泄流工作。

可选地，控制器30可进一步根据输电线路L的电流确定需要进行闭合控制的第二快速开关的个数，电流越大，所需闭合的第二快速开关的个数越多，进而随机或者按照预设次序控制相应的第二快速开关闭合。

如图4所示，后备保护电路13包括：放电控制间隙F和ZnO避雷器，其中，放电控制间隙F与串联连接的真空开关CB和第一电阻R0并联连接；ZnO避雷器与放电控制间隙F并联连接。

在该实施例中，控制器30在输电线路L的电流大于第三泄流阈值时，控制放电控制间隙F放电，以向真空开关CB提供高频脉冲电流，使真空开关CB断开，以将输电线路L的电流转移到ZnO避雷器上。

进一步地，参见图4，后备保护电路13还可以包括电容C，电容C与ZnO避雷器并联连接。其中，当电容C两端的电压超过电压阈值时，触发ZnO避雷器，以将输电线路L的电流转移到ZnO避雷器上。

更进一步地，参见图4，后备保护电路13还可以包括：串联连接的可控并联间隙G和第四电阻Rx1、串联连接的第三快速开关K和第五电阻Rx2。

具体地，串联连接的可控并联间隙G和第四电阻Rx1与主泄流电路11并联连接，串联连接的第三快速开关K和第五电阻Rx2与主泄流电路11并联连接。其中，第四电阻Rx1和第五电阻Rx2均为大电阻，可控并联间隙G和第三快速K开关作为ZnO避雷器短时热耐受能力的后备保护。

下面结合图3、图4描述本发明实施例的短路电流的泄流装置的工作原理：

电力系统正常运行时，电流探测元件20探测得到的输电线路L的电流小于或者等于第一泄流阈值，第一快速开关S1处于断开状态，短路电流的泄流装置离网，对电力系统运行零影响。

电力系统中短路故障发生时，电流探测元件20探测得到的输电线路L的电流大于第一泄流阈值，控制器30控制第一快速开关S1闭合，并根据短路电流的大小控制故障泄流器10进行相应动作。

其中，当短路电流小于或者等于第三泄流阈值时，故障泄流器10中的主泄流电路11进行泄流工作，或者，主泄流电路11和次泄流电路12同时进行泄流工作，具体如下：

1)主泄流：短路电流通过真空开关CB、第一电阻R0、第二电阻R1泄至大地；

2)主泄流+次泄流：短路电流通过真空开关CB、第一电阻R0、第二电阻R1泄至大地的同时，通过至少一个串联连接的第二快速开关和第三电阻泄至大地。

当短路电流过大，甚至超过故障泄流器的泄除能力时，后备保护电路13动作，具体如下：

1)电弧电流转移保护：放电控制间隙F放电，向真空开关CB提供一个高频脉冲电流，强迫真空电弧电流过零熄弧，真空开关CB能够在几个ms内完成触头分断，让短路电流转移到并联的ZnO避雷器的电阻上以实现限流；

2)超大电流ZnO保护：当短路电流过大时，会使电容C两端电压增大，一旦超过电压阈值，触发ZnO避雷器，使短路电流转移到ZnO避雷器的电阻上以实现限流；

3)预击穿保护：ZnO避雷器同时作为电容C的过电压保护和预击穿保护，可控并联间隙G和第三快速开关K作为ZnO避雷器短时热耐受能力的后备保护，第三快速开关K经第五电阻Rx2可以保护可控并联间隙G免于长时间烧损。

另外，本发明实施例的短路电流的泄流装置中的故障泄流器10在电力系统中的接入方式可参见图2中的故障泄流器的接入方式。

综上，本发明实施例的短路电流的泄流装置，可实现任意大短路电流的泄流，切除短路故障支路，且相比传统故障泄流器，能有效应对泄除超大短路电流时的安全问题，通过后备保护电路可以实现电弧电流转移保护、超大电流ZnO保护、预击穿保护，保证了泄流的安全性。

实施例2

图5是本发明实施例的电力系统的结构示意图。

如图5所示，电力系统200包括上述实施例的短路电流的泄流装置100。

本发明实施例的电力系统，采用上述实施例的短路电流的泄流装置，可实现任意大短路电流的泄流，且能够在实现泄流的同时，保证泄流的安全性。

实施例3

图6是本发明实施例的短路电流的泄流方法的流程图，该泄流方法应用于上述实施例的短路电流的泄流装置。如图6所示，该泄流方法包括以下步骤：

S1，探测电力系统中输电线路的电流。

S2，当输电线路的电流大于第一泄流阈值时，控制第一快速开关闭合，并根据输电线路的电流控制主泄流电路、次泄流电路和后备保护电路中的至少一个进行泄流工作。

需要说明的是，上述对短路电流的泄流装置的描述同样适用于本发明实施例的短路电流的泄流方法，此处不做赘述。

本发明实施例的短路电流的泄流方法，可实现任意大短路电流的泄流，且能够在实现短路电流泄流的同时，保证泄流的安全性。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等命名方式仅是为了区分不同特征，便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示其相对重要性，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种短路电流的泄流装置，其特征在于，包括：

第一快速开关，所述第一快速开关的一端与电力系统的输电线路相连；

故障泄流器，所述故障泄流器包括主泄流电路、次泄流电路和后备保护电路，其中，所述主泄流电路的一端与所述第一快速开关的另一端相连，所述主泄流电路的另一端接地，所述次泄流电路与所述主泄流电路并联连接，所述后备保护电路的第一端与所述第一快速开关的另一端相连，所述后备保护电路的第二端与所述主泄流电路相连；

电流探测元件，所述电流探测元件用于探测电力系统中输电线路的电流；

控制器，所述控制器分别与所述电流探测元件、所述第一快速开关、所述主泄流电路、所述次泄流电路和所述后备保护电路相连，所述控制器用于在所述输电线路的电流大于第一泄流阈值时，控制所述第一快速开关闭合，并根据所述输电线路的电流控制所述主泄流电路、所述次泄流电路和所述后备保护电路中的至少一个进行泄流工作；

所述主泄流电路包括：串联连接的真空开关和第一电阻，所述串联连接的真空开关和第一电阻的一端与所述第一快速开关的另一端相连；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述串联连接的真空开关和第一电阻的另一端相连，所述第二电阻的另一端接地；其中，所述控制器在所述输电线路的电流大于所述第一泄流阈值且小于或者等于第二泄流阈值时，控制所述真空开关闭合；

所述后备保护电路包括：放电控制间隙，所述放电控制间隙与所述串联连接的真空开关和第一电阻并联连接；ZnO避雷器，所述ZnO避雷器与所述放电控制间隙并联连接；其中，所述控制器在所述输电线路的电流大于第三泄流阈值时，控制所述放电控制间隙放电，以向所述真空开关提供高频脉冲电流，使所述真空开关断开，以将所述输电线路的电流转移到所述ZnO避雷器上。

2.如权利要求1所述的短路电流的泄流装置，其特征在于，所述控制器具体用于：

在所述输电线路的电流大于所述第一泄流阈值且小于或者等于第二泄流阈值时，控制所述主泄流电路进行泄流工作；

在所述输电线路的电流大于所述第二泄流阈值且小于或者等于第三泄流阈值时，控制所述主泄流电路和所述次泄流电路进行泄流工作；

在所述输电线路的电流大于所述第三泄流阈值时，至少控制所述后备保护电路进行泄流工作。

3.如权利要求1或2所述的短路电流的泄流装置，其特征在于，所述次泄流电路包括：

至少一个串联连接的第二快速开关和第三电阻，每个串联连接的第二快速开关和第三电阻均与所述主泄流电路并联连接；

其中，所述控制器在所述输电线路的电流大于所述第二泄流阈值且小于或者等于所述三泄流阈值时，控制所述真空开关和至少一个所述第二快速开关闭合。

4.如权利要求1所述的短路电流的泄流装置，其特征在于，所述后备保护电路还包括：

电容，所述电容与所述ZnO避雷器并联连接；

其中，当所述电容两端的电压超过电压阈值时，触发所述ZnO避雷器，以将所述输电线路的电流转移到所述ZnO避雷器上。

5.如权利要求1所述的短路电流的泄流装置，其特征在于，所述后备保护电路还包括

串联连接的可控并联间隙和第四电阻，所述串联连接的可控并联间隙和第四电阻与所述主泄流电路并联连接；

串联连接的第三快速开关和第五电阻，所述串联连接的第三快速开关和第五电阻与所述主泄流电路并联连接；

其中，所述可控并联间隙和所述第三快速开关作为所述ZnO避雷器短时热耐受能力的后备保护。

6.如权利要求1所述的短路电流的泄流装置，其特征在于，所述控制器还用于：

在所述输电线路的电流小于或者等于所述第一泄流阈值时，控制所述第一快速开关处于断开状态。

7.一种含故障泄流装置的电力系统，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的短路电流的泄流装置。

8.一种短路电流的泄流方法，其特征在于，应用于权利要求1-6中任一项所述的短路电流的泄流装置，所述方法包括以下步骤：

探测电力系统中输电线路的电流；

当所述输电线路的电流大于第一泄流阈值时，控制所述第一快速开关闭合，并根据所述输电线路的电流控制所述主泄流电路、所述次泄流电路和所述后备保护电路中的至少一个进行泄流工作。

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