CN111490518A - 一种混合式节能型高速限流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种混合式节能型高速限流装置。该高速限流装置包括并联连接的氧化锌过压保护器MOV、限流电抗器ZK、电磁斥力高速真空开关HSSW和快速熔断单元。该装置将现有技术中几种故障限流技术有机结合，以电阻为微欧量级的电磁斥力高速真空开关构成通流支路，与真空开关并联的快速熔断单元构成换流支路，电路工作正常时额定电流从通流支路流过，短路故障时通过换流支路来高速分断和转移短路电流。该混合式节能型高速限流装置在发生短路故障后，在短路电流瞬时值还远未上升到峰值之前的约1/4个工频半波前后开始动作限流，在首半波的时间内即可将短路电流完全开断，从而起到限制短路电流，保护电力主设备动稳定安全的作用。

Description

一种混合式节能型高速限流装置
技术领域
本发明属于短路故障保护技术领域，特别涉及一种混合式节能型高速限流装置，可在故障电流首半波时间之内进行高速动作，适用于电网短路故障时高速限流。
背景技术
随着电网中的短路电流水平日益提高，短路电流峰值可达到100kA以上，且短路电流上升速率di/dt极高，传统电力系统保护设备（如断路器和熔断器）的极限分断能力不足且动作时间较长，难以满足短路故障发生时快速限流分断的要求，国内外普遍开展了新型故障限流器的研究。目前国内外应用的故障限流器有超导型限流器、整流式限流器、串联谐振式限流器、并联谐振式限流器、磁饱和式限流器、并联开关接入电抗式限流器、桥式固态型限流器等，各类型的故障电流限制器在损耗、有无控制装置、造价等方面各有优势。整流型和串联谐振型限流器技术上最为成熟，但运行有功损耗较大、造价高，而并联开关接入电抗式限流器运行损耗小、造价低，是目前经济性最好的方案。
常见的并联开关接入电抗式限流器有开关高频接入电抗式、工频过零接入电抗式和LC谐振接入式三种。并联开关接入电抗式限流器的基本拓扑结构是限流电抗器支路与快速开关支路并联接线，正常情况下，快速开关处于导通状态，限流电抗器的有功和无功功率都为0，称为无损耗，短路故障发生后，快速开关断开，经过一次或多次转移支路将短路电流完全快速转移到限流电抗器支路，从而实现限流的目的。
短路电流转移方式与转移速度是决定并联开关接入电抗式限流器限流特性的关键因素。短路电流转移方式有电流瞬时转移和电流过零转移两种，短路电流的转移速度，一方面取决于快速开关的开断时间，另一方面与转移回路的电感及电弧电压密切相关。如图1a所示的传统的爆炸桥式高速开断器FSR，几乎可以瞬时转移短路电流到限流电抗器，在短路电流上升到峰值前半波内就能限制短路电流，其具有速度快、限流效果佳的优势，但爆炸桥体无法重复使用，停电更换爆炸桥体和快速熔断器时间长，更换爆炸桥体费用高，限制了其应用范围；当前应用最多的如图1b所示的零损耗深度限流装置ZLB，利用电磁斥力型高速真空开关代替爆炸桥式高速并联开关，依靠高速开关在工频短路电流过零点时熄弧才将短路电流转移到限流电抗器，其优点是可重复使用，运行费用低，简单可靠，但这种短路电流转移方式放弃了限制故障电流的第1个峰值，由于放过了首个半波的高幅值短路电流，使发电机和变压器在首个半波的电动力冲击下有超过动稳定极限而损毁的风险。鉴于现有技术故障限流器存在的诸多缺陷，亟待开发一种新型的故障限流装置，以更好的满足当前电网中短路故障发生时快速限流分断的要求。
发明内容
本发明要解决的是现有的电网故障限流装置难以满足短路故障发生时快速限流分断要求的技术问题，提出一种混合式节能型高速限流装置，该装置将几种故障限流技术有机结合，装置可重复使用，应用范围广，可在故障电流首半波时间内实现高速动作限流。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种混合式节能型高速限流装置，包括氧化锌过压保护器MOV、限流电抗器ZK、电磁斥力高速真空开关HSSW和可在电网短路电流下快速熔断的快速熔断单元；所述氧化锌过压保护器MOV、所述限流电抗器ZK、所述电磁斥力高速真空开关HSSW和所述快速熔断单元并联连接；所述电磁斥力高速真空开关HSSW包括测控单元以及带绝缘桶的不锈钢壳体内自上而下依次设置的大容量真空灭弧室、带软连接端子的绝缘拉杆、第一斥力机构、第二斥力机构和永磁保持机构；所述测控单元用于监测电网中的短路电流，并控制所述第一斥力机构和所述第二斥力机构进行动作以实现所述电磁斥力高速真空开关HSSW分合闸。
优选地，所述第一斥力机构包括自上而下依次设置的斥力线圈托架一、第一分闸斥力线圈、第一斥力盘、第一合闸斥力线圈和斥力线圈托架二，所述第二斥力机构包括自上而下依次设置的斥力线圈托架三、第二分闸斥力线圈、第二斥力盘、第二合闸斥力线圈和斥力线圈托架四；所述测控单元控制与所述第一分闸斥力线圈和第二分闸斥力线圈分别连接的各驱动单元放电产生斥力推动斥力盘，使所述电磁斥力高速真空开关HSSW分闸；所述测控单元控制与所述第一合闸斥力线圈和第二合闸斥力线圈分别连接的各驱动单元放电产生斥力推动斥力盘，使所述电磁斥力高速真空开关HSSW合闸。
优选地，所述快速熔断单元为快速熔断器FU，所述快速熔断器FU额定电流远小于所在电网的短路电流。
另一优选地，所述快速熔断单元包括快速熔断器FU1和FU2，以及双刀隔离开关G1和G2；所述快速熔断器FU1的两端分别连接所述双刀隔离开关G1和G2的双端子中的一路端子，构成主熔断器支路；所述快速熔断器FU2的两端分别连接所述双刀隔离开关G1和G2的双端子中的另一路端子，构成备用熔断器支路；由所述双刀隔离开关G1和G2开闭控制所述快速熔断单元在所述主熔断器支路和所述备用熔断器支路间切换。
本发明技术方案所述混合式节能型高速限流装置，将几种故障限流技术有机结合：以电阻为微欧量级的电磁斥力高速真空开关构成通流支路，与真空开关并联的快速熔断单元构成换流支路，电路工作正常时额定电流从通流支路流过，短路故障时通过换流支路来高速分断和转移短路电流；上述技术方案的有益效果如下：
1. 正常运行时，电磁斥力高速真空开关HSSW闭合流通负荷电流，限流电抗器ZK被旁路，减少了正常工况下电抗器的电能损失，实现了节能降耗的目标；
2. 在发生短路故障后，在短路电流瞬时值还远未上升到峰值之前的约1/4个工频半波前后高速限流装置开始动作限流，在首半波的时间内即可将短路电流完全开断，从而起到限制短路电流，保护电力主设备动稳定安全的作用；
3. 充分利用了电磁斥力高速真空开关HSSW开断快（小于3ms开断）和可重复工作的优点，通过与快速熔断单元合理动作配合设计来克服不能快速灭弧的缺点，实现故障电流到电抗器ZK的快速转移限流；
4. 电磁斥力高速真空开关HSSW配备双套斥力线圈结构和双套测控单元，确保限流器动作可靠。
5. 采用双快速熔断器FU1和FU2配合双刀隔离开关G1和G2形成主熔断器支路和备用熔断器支路，在主熔断器支路的FU1熔断后，由双刀隔离开关切换至备用熔断器支路，同时隔离FU1，实现FU1在线更换。
附图说明
图1a为现有技术爆炸桥式高速开断器FSR的电气原理图；
图1b为现有技术零损耗深度限流装置ZLB的电气原理图；
图2为本发明实施例一提供的混合式节能型高速限流装置的电气原理图；
图3为本发明实施例二提供的混合式节能型高速限流装置的电气原理图；
图4为图2和图3所示混合式节能型高速限流装置电磁斥力高速真空开关HSSW的结构示意图。
［主要元件符号说明］
1-大容量真空灭弧室；11-静触头；12-动触头；
2-带软连接端子的绝缘拉杆；
3-第一斥力机构；31-斥力线圈托架一；32-第一分闸斥力线圈；33-第一斥力盘；34-第一合闸斥力线圈；35-斥力线圈托架二；
4-第二斥力机构；41-斥力线圈托架三；42-第二分闸斥力线圈；43-第二斥力盘；44-第二合闸斥力线圈；45-斥力线圈托架四；
5-永磁保持机构；51-导磁体；52-永磁体。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的问题，提供一种混合式节能型高速限流装置，所述装置将几种故障限流技术有机结合，使装置可重复使用，应用范围广，并可在故障电流首半波时间内实现高速动作限流。
实施例1
为了实现上述技术方案，如图2所示，本实施例提供的一种混合式节能型高速限流装置，包括并联连接的氧化锌过压保护器MOV、限流电抗器ZK、电磁斥力高速真空开关HSSW和可在电网短路电流下快速熔断的快速熔断单元。各组件在所述高速限流装置形成两条并联的主要支路，一条为电磁斥力高速真空开关HSSW构成的通流支路，另一条为快速熔断单元构成的换流支路。
电磁斥力高速真空开关HSSW的结构如图4所示，电磁斥力高速真空开关HSSW包括测控单元和带绝缘桶的不锈钢壳体，壳体内自上而下依次排列布置有大容量真空灭弧室1、带软连接端子的绝缘拉杆2、第一斥力机构3、第二斥力机构4和永磁保持机构5；测控单元用于监测电网中的短路电流，并控制第一斥力机构3和第二斥力机构4进行动作以实现电磁斥力高速真空开关HSSW分合闸。大容量真空灭弧室1由气密绝缘外壳内的静触头11和动触头12组成，静触头11和动触头12接触闭合时，电路接通，动触头12在带软连接端子的绝缘拉杆2带动下与静触头11分离时，灭弧室内两触头分离并在其间产生电弧，直至电流自然过零时电弧熄灭，便完成了电路的开断。第一斥力机构3包括自上而下依次设置的斥力线圈托架一31、第一分闸斥力线圈32、第一斥力盘33、第一合闸斥力线圈34和斥力线圈托架二35，第一分闸斥力线圈32、第一合闸斥力线圈34分别连接驱动单元，通常驱动单元为电容储能放电回路。当测控单元控制驱动单元的储能电容放电时，由于回路电感很小，使对应的斥力线圈中产生巨大的电容放电电流脉冲，斥力驱动线圈产生的磁场匝穿越对应的斥力盘，在斥力盘中感应出电流，此感应电流所产生的磁场与斥力驱动线圈产生的磁场方向相反，斥力驱动线圈与斥力盘之间立即产生斥力，使运动盘向远离对应的斥力线圈的方向迅速运动。放电时脉冲电流的增长速度越大，运动盘中产生的感应电流也就越大，斥力就越强，斥力盘移动速度也就越快，使电磁斥力高速真空开关HSSW实现快速分闸或合闸。具体的：第一分闸斥力线圈32和第一合闸斥力线圈34分别固定在斥力线圈托架一31和斥力线圈托架二35上，放电驱动第一分闸斥力线圈32时，其对位于下方的第一斥力盘33产生斥力，由第一斥力盘33带动动触头12远离静触头11从而分断电路，使电磁斥力高速真空开关HSSW分闸；放电驱动第一合闸斥力线圈34时，其对位于上方的第一斥力盘33产生斥力，由第一斥力盘33带动动触头12向静触头11方向运动，接触静触头11后使电路连通，电磁斥力高速真空开关HSSW合闸；第二斥力机构4的结构合工作方式与第一斥力机构3相同，不再赘述。永磁保持机构5由位于中间的导磁体51与外圈的永磁体52构成。
本实施例电磁斥力高速真空开关HSSW区别于普通斥力高速真空开关，由双套斥力操作机构，即第一斥力机构3和第二斥力机构4和一套大容量真空灭弧室1共同构成高速真空开关本体，这种双套斥力操作机构同时受配套的高速测控单元控制，确保所述电磁斥力高速真空开关HSSW可100%可靠动作。
如图2所示，本实施例中快速熔断单元为单一的快速熔断器FU。此快速熔断器FU是专门为高速真空开关配合设计，具有通态电阻小，弧前能量低等特点。其额定电流远小于所在电网的额定电流，可确保短路电流从高速真空开关换流到快速熔断器支路后能够在极短的时间内熔断灭弧。
本实施例混合式节能型高速限流装置的工作过程为：电网正常运行时，电磁斥力高速真空开关HSSW闭合，额定负载电流通过通流支路，旁路的限流电抗器ZK，限流器上几乎不会产生损耗；当电网发生短路故障时，电磁斥力高速真空开关HSSW的测控单元高速控制真空开关分断，短路电流换流到快速熔断器FU所在的换流支路，随后快速熔断器FU在极短的时间内熔断，短路电流马上转移到限流电抗器ZK所在支路实现限流。当发生短路故障时，所述高速限流装置在短路电流瞬时值还远未上升到峰值之前的约1/4个工频半波前后即开始动作限流，在首半波的时间内即可将短路电流完全开断。
基于以上描述，本实施例混合式节能型高速限流装置克服了现有技术中爆炸桥式高速开断器FSR不能重复使用，更换爆炸桥体费用高、停电时间长的缺点，同时也解决了零损耗深度限流装置ZLB依靠工频过零点转移故障电流到电抗器导致限流时间长，首半波时间内不能快速限流的缺陷。
实施例2
如图3和图4所示，本实施例提供了一种混合式节能型高速限流装置，其结构与实施例1所述混合式节能型高速限流装置相比基本相同，区别在于快速熔断单元由快速熔断器FU1和FU2，以及双刀隔离开关G1和G2组成；快速熔断器FU1的两端分别连接双刀隔离开关G1和G2的双端子中的一路端子，构成主熔断器支路；快速熔断器FU2的两端分别连接双刀隔离开关G1和G2的双端子中的另一路端子，构成备用熔断器支路；随双刀隔离开关G1和G2一同开闭，快速熔断单元在主熔断器支路和备用熔断器支路间切换。
双刀隔离开关G1和G2操作机构可与熔断器联动，当本实施例混合式节能型高速限流装置动作后，主熔断器支路中的快速熔断器FU1熔断退出，通过自动或手段切换双刀隔离开关G1和G2将备用熔断器支路中的快速熔断器FU2上线，同时隔离快速熔断器FU1，实现FU1在线更换。
对于上述的本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识未作过多描述；各实施例采用递进的方式描述，各实施例中所涉及到的技术特征在彼此之间不构成冲突的前提下可以相互组合，各实施例之间相同相似部分互相参见即可。
在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不应理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种混合式节能型高速限流装置，包括氧化锌过压保护器MOV和限流电抗器ZK，其特征在于，还包括电磁斥力高速真空开关HSSW和快速熔断单元，所述快速熔断单元可在电网短路电流下快速熔断；其中：
所述氧化锌过压保护器MOV、所述限流电抗器ZK、所述电磁斥力高速真空开关HSSW和所述快速熔断单元并联连接；
所述电磁斥力高速真空开关HSSW包括测控单元以及带绝缘桶的不锈钢壳体内自上而下依次设置的大容量真空灭弧室（1）、带软连接端子的绝缘拉杆（2）、第一斥力机构（3）、第二斥力机构（4）和永磁保持机构（5）；所述测控单元用于监测电网中的短路电流，并控制所述第一斥力机构（3）和所述第二斥力机构（4）进行动作以实现所述电磁斥力高速真空开关HSSW分合闸。
2.根据权利要求1所述的限流装置，其特征在于，所述第一斥力机构（3）包括自上而下依次设置的斥力线圈托架一（31）、第一分闸斥力线圈（32）、第一斥力盘（33）、第一合闸斥力线圈（34）和斥力线圈托架二（35），所述第二斥力机构（4）包括自上而下依次设置的斥力线圈托架三（41）、第二分闸斥力线圈（42）、第二斥力盘（43）、第二合闸斥力线圈（44）和斥力线圈托架四（45），其中：
所述测控单元控制与所述第一分闸斥力线圈（32）和第二分闸斥力线圈（42）分别连接的各驱动单元放电产生斥力推动斥力盘，使所述电磁斥力高速真空开关HSSW分闸；
所述测控单元控制与所述第一合闸斥力线圈（34）和第二合闸斥力线圈（44）分别连接的各驱动单元放电产生斥力推动斥力盘，使所述电磁斥力高速真空开关HSSW合闸。
3.根据权利要求1或2所述的限流装置，其特征在于，所述快速熔断单元为快速熔断器FU，所述快速熔断器FU额定电流远小于所在电网的短路电流。
4.根据权利要求1或2所述的限流装置，其特征在于，所述快速熔断单元包括快速熔断器FU1和FU2，以及双刀隔离开关G1和G2，其中：
所述快速熔断器FU1的两端分别连接所述双刀隔离开关G1和G2的双端子中的一路端子，构成主熔断器支路；所述快速熔断器FU2的两端分别连接所述双刀隔离开关G1和G2的双端子中的另一路端子，构成备用熔断器支路；由所述双刀隔离开关G1和G2开闭控制所述快速熔断单元在所述主熔断器支路和所述备用熔断器支路间切换。
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