CN112164617B - 一种抑制断路器合闸涌流的控制系统 - Google Patents
一种抑制断路器合闸涌流的控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种抑制断路器合闸涌流的控制系统,包括控制模块、回路模块、振动信号传感器、静弧触头补偿单元。当电容器组投切要求断路器合闸时,控制模块核实并接受合闸指令,先控制回路模块切换至RL补偿回路来抑制涌流值,再控制断路器合闸,合闸完成后,再将RL补偿回路迅速切换至无阻抗回路。此外,振动信号传感器收集合闸过程中弧触头的接触行程量、速度量、振动量、动作时间等参数,与静弧触头补偿单元配合,补偿弧触头因涌流烧蚀导致的接触行程缺失,避免因弧触头接触行程变短,主触头提前导通带来的恶劣后果。本发明提供的控制系统能够有效抑制合闸涌流,提升断路器弧触头的电寿命。
Description
技术领域
本发明涉及高压断路器技术领域,更具体地,涉及一种抑制断路器合闸涌流的控制系统。
背景技术
在电力系统运行过程中,因电网负载的波动,需通过频繁投切电容器组和并联电抗器组来调节系统的无功功率。SF6断路器常用于投切电容器组和并联电抗器组,它合闸过程中产生的高频高幅值涌流可能达到几万安,远超断路器的额定工作电流。涌流所带来的高能量会严重烧蚀SF6断路器的专用弧触头,导致弧触头接触电阻变大,接触行程变短。烧蚀到一定程度后,静弧触头端部会变窄变短,在断路器合闸过程中,主触头会比弧触头先接触,弧触头就起不到引弧的作用,极易导致断路器爆炸进而威胁电网安全。近年来,高压断路器投切电容器组的事故率非常高,经统计,至少有一半的事故与合闸涌流具有密切的关系。然而,目前市场上抑制合闸涌流的措施都不完善,如选相合闸措施,因断路器操动机构的固有分散性、环境温度和气体压力的改变、弧触头行程的改变,导致关合时间不一致,无法精准的控制相位;外加限流电阻措施,改变了线路系统正常运行的电压,并且切除不及时会导致电能传输质量下降。
2018年12月14日公开的中国专利CN208241321U提供了一种用于抑制并联电容器合闸涌流的装置和系统,其中所述用于抑制并联电容器合闸涌流的装置包括:并联的多个电容器组,每一个所述电容器组一侧与配电网一相交流电源连接,另一侧通过中性点相连,还包括:充电模块,与至少一个所述电容器组并联,用于为连接的所述电容器组充电,解决了现有配电网无功补偿装置在投入时,产生的合闸涌流增加了断路器在开断时发生重击穿的几率的问题,延长了无功补偿装置的使用寿命。该专利改变了线路系统正常运行的电压,并且没有说明何时切除,存在切除不及时导致电能传输质量下降的缺陷。
发明内容
本发明为克服断路器操作过程中产生合闸涌流的缺陷,提供一种抑制断路器合闸涌流的控制系统。
本发明的技术方案如下:
一种抑制断路器合闸涌流的控制系统,所述控制系统包括控制模块、回路模块;
所述控制模块包括I/O单元、控制单元、转换单元和电机;I/O单元接收并确认断路器合闸指令信号,确认后传递给控制单元,控制单元将合闸指令信号传递给回路模块,回路模块依据操作指令信号切换回路模块中对应的回路,切换完毕后将完毕信息传回控制单元,控制单元接收到完毕信息并确认后继续将合闸指令信号传递给转换单元,转换单元根据合闸指令信号提供数字控制的电压和电流给电机,电机完成断路器的合闸操作;
所述回路模块接入断路器所在线路中。
优选地,所述回路模块包括RL补偿回路和无阻抗回路,RL补偿回路与无阻抗回路并联。
优选地,所述RL补偿回路包括RL补偿回路开关,无阻抗回路包括无阻抗回路开关。
优选地,所述回路模块切换回路的规则为:
线路正常工作时无阻抗回路开关处于闭合状态,RL补偿回路开关处于断开状态,此时无阻抗回路接入断路器所在线路中;回路模块接收到断路器合闸指令信号后,RL补偿回路开关先闭合,无阻抗回路开关再断开,此时RL补偿回路接入断路器所在线路中;合闸操作完成后,无阻抗回路开关先闭合,RL补偿回路开关再断开,此时无阻抗回路接入断路器所在线路中,线路恢复至正常工作状态。
优选地,所述RL补偿回路开关和无阻抗回路开关为可控硅开关。
优选地,所述RL补偿回路由多个阻抗大小不同的电阻电感串、并联组成。
优选地,所述回路模块通过导电连接片与断路器连接。
优选地,所述控制系统还包括振动信号传感器,所述振动信号传感器用于检测合闸时断路器动静弧触头的机械量参数,所述参数包括接触行程量、速度量、振动量和动作时间;
所述振动信号传感器与控制模块的I/O单元连接,并将检测得到参数传递给控制模块的I/O单元,I/O单元记录并储存所述参数。
优选地,所述控制系统还包括静弧触头补偿单元,所述静弧触头补偿单元用于带动静弧触头向着动弧触头的方向移动,实现静弧触头身位补偿;
所述静弧触头补偿单元与断路器的静弧触头接触连接,与控制模块的转化单元电连接。
优选地,所述I/O单元将接触行程量传递给控制单元,控制单元判断接触行程量与理论接触行程量的差值是否超过预设的阈值,超过时控制单元向转换单元传递调整指令信号,转换单元根据调整指令信号提供数字控制的电压和电流给静弧触头补偿单元,静弧触头补偿单元带动静弧触头向着动弧触头的方向移动,实现静弧触头身位补偿。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:本发明的控制模块接收到断路器合闸操作指令信号后,先控制回路模块切换至对应的回路,所述回路电阻和电感增大,电路中产生的合闸涌流降低,之后控制模块再驱动电机完成合闸操作。本发明可以有效抑制合闸涌流及其产生的危害,提高了断路器的使用年限。
附图说明
图1为实施例1所述的一种抑制断路器合闸涌流的控制系统的结构示意图;
图2为实施例2所述的一种抑制断路器合闸涌流的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种抑制断路器合闸涌流的控制系统,所述控制系统包括控制模块、回路模块;
所述控制模块包括I/O单元、控制单元、转换单元和电机;I/O单元接收并确认断路器合闸指令信号,确认后传递给控制单元,控制单元将合闸指令信号传递给回路模块,回路模块依据操作指令信号切换回路模块中对应的回路,切换完毕后将完毕信息传回控制单元,控制单元接收到完毕信息并确认后继续将合闸指令信号传递给转换单元,转换单元根据合闸指令信号提供数字控制的电压和电流给电机,电机完成断路器的合闸操作;
所述回路模块接入断路器所在线路中。
所述回路模块包括RL补偿回路和无阻抗回路,RL补偿回路与无阻抗回路并联。
所述RL补偿回路包括RL补偿回路开关,无阻抗回路包括无阻抗回路开关。
所述回路模块切换回路的规则为:
线路正常工作时无阻抗回路开关处于闭合状态,RL补偿回路开关处于断开状态,此时无阻抗回路接入断路器所在线路中;回路模块接收到断路器合闸指令信号后,RL补偿回路开关先闭合,无阻抗回路开关再断开,此时RL补偿回路接入断路器所在线路中;合闸操作完成后,无阻抗回路开关先闭合,RL补偿回路开关再断开,此时无阻抗回路接入断路器所在线路中,线路恢复至正常工作状态。
所述RL补偿回路开关和无阻抗回路开关为可控硅开关。
所述RL补偿回路由多个阻抗大小不同的电阻电感串、并联组成。
所述回路模块通过导电连接片与断路器连接。在本实施例中,导电连接片由高导电率、高熔点和抗磨损性能优越的铜钨合金制成。
本实施例的完整步骤为:
线路正常工作时回路模块接入线路中的无阻抗回路,当线路需要断路器合闸时,其发出合闸指令信号给I/O单元,确定后传递给控制单元,控制单元先将合闸指令信号发送至回路模块,此时由于是合闸指令信号,为了抑制合闸过程中涌流带来的危害,断路器需要串联限流阻抗,故此时应切换至RL补偿回路。RL补偿回路开关先确认闭合,无阻抗回路开关再断开;该过程相互配合,控制好开关的开合时序,保证电路一直处于通流状态,此时电路进入阻抗待定状态。控制单元接收到回路模块切换回路完毕的信息并确认后继续将合闸指令信号传递给转换单元;转换单元提供数字控制的交电压和电流给电机,从而驱动电机。电机完成断路器的合闸操作。当合闸操作完成后,无阻抗回路开关首先闭合,待闭合完成工作电流稳定后,RL补偿回路开关再断开,线路便由涌流状态过渡至额定工作状态。
合闸指令信号最初时刻由控制单元控制RL补偿回路开关闭合,中间时刻控制断路器合闸,最后时刻再控制RL补偿回路开关断开,总的持续时间在微秒数量级上,对于总电力系统线路影响很少,既有效避免涌流所带来的危害,又极大的减少了串联限流阻抗对于电力系统的影响。对于RL补偿回路,阻抗元件由多种阻抗大小不同的电阻电感串、并联而成,可根据电路实际运行的需要,接入合适的RL参数值来抑制合闸涌流。
实施例2
本实施例提供一种抑制断路器合闸涌流的控制系统,所述控制系统在实施例1的基础上,还包括振动信号传感器,所述振动信号传感器用于检测合闸时断路器动静弧触头的机械量参数,所述参数包括接触行程量、速度量、振动量和动作时间;
所述振动信号传感器与控制模块的I/O单元连接,并将检测得到参数传递给控制模块的I/O单元,I/O单元记录并储存所述参数。
所述控制系统还包括静弧触头补偿单元,所述静弧触头补偿单元用于带动静弧触头向着动弧触头的方向移动,实现静弧触头身位补偿;
所述静弧触头补偿单元与断路器的静弧触头接触连接,与控制模块的转化单元电连接。
所述I/O单元将接触行程量传递给控制单元,控制单元判断接触行程量与理论接触行程量的差值是否超过预设的阈值,超过时控制单元向转换单元传递调整指令信号,转换单元根据调整指令信号提供数字控制的电压和电流给静弧触头补偿单元,静弧触头补偿单元带动静弧触头向着动弧触头的方向移动,实现静弧触头身位补偿。在本实施例中,阈值为2mm。
当断路器开始合闸操作时,其内部的动弧触头会向静弧触头方向移动,毫秒级的时间后,动静弧触头接触并继续前进至超程处,此时动弧触头停止动作,断路器合闸过程结束。振动信号传感器检测弧触头合闸动作过程中的接触行程量、速度量、振动量、动作时间等机械量参数,所述参数传递给控制模块的I/O单元记录并储存。I/O单元将接触行程量传递至控制单元,控制单元判断接触行程量与理论接触行程量的差值是否超过预设的2mm阈值;超过时控制单元向转换单元传递调整指令信号,转换单元根据调整指令信号提供数字控制的电压和电流给静弧触头补偿单元,静弧触头补偿单元带动静弧触头向着动弧触头的方向移动2mm。
移动距离用来弥补断路器弧触头的接触行程损失量,这样主触头就不会因弧触头接触行程的损失而先闭合,避免了主触头率先起弧的风险。另外,I/O单元记录储存的参数数据,可在计算机上显示、下载和分析,帮助维修人员提高对断路器内部状态变化的认知。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件;
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种抑制断路器合闸涌流的控制系统,其特征在于,所述控制系统包括控制模块、回路模块、振动信号传感器和静弧触头补偿单元;
所述控制模块包括I/O单元、控制单元、转换单元和电机;I/O单元接收并确认断路器合闸指令信号,确认后传递给控制单元,控制单元将合闸指令信号传递给回路模块,回路模块依据操作指令信号切换回路模块中对应的回路,切换完毕后将完毕信息传回控制单元,控制单元接收到完毕信息并确认后继续将合闸指令信号传递给转换单元,转换单元根据合闸指令信号提供数字控制的电压和电流给电机,电机完成断路器的合闸操作;
所述回路模块接入断路器所在线路中,包括RL补偿回路和无阻抗回路,RL补偿回路与无阻抗回路并联;RL补偿回路包括RL补偿回路开关,无阻抗回路包括无阻抗回路开关;回路模块切换回路的规则为:
线路正常工作时无阻抗回路开关处于闭合状态,RL补偿回路开关处于断开状态,此时无阻抗回路接入断路器所在线路中;回路模块接收到断路器合闸指令信号后,RL补偿回路开关先闭合,无阻抗回路开关再断开,此时RL补偿回路接入断路器所在线路中;合闸操作完成后,无阻抗回路开关先闭合,RL补偿回路开关再断开,此时无阻抗回路接入断路器所在线路中,线路恢复至正常工作状态;
所述振动信号传感器用于检测合闸时断路器动静弧触头的机械量参数,所述参数包括接触行程量、速度量、振动量和动作时间;所述振动信号传感器与控制模块的I/O单元连接,并将检测得到的参数传递给控制模块的I/O单元,I/O单元记录并储存所述参数;
所述静弧触头补偿单元用于带动静弧触头向着动弧触头的方向移动,实现静弧触头身位补偿;所述静弧触头补偿单元与断路器的静弧触头接触连接,与控制模块的转换单元电连接。
2.根据权利要求1所述的抑制断路器合闸涌流的控制系统,其特征在于,所述RL补偿回路开关和无阻抗回路开关为可控硅开关。
3.根据权利要求2所述的抑制断路器合闸涌流的控制系统,其特征在于,所述RL补偿回路由多个阻抗大小不同的电阻电感串、并联组成。
4.根据权利要求3所述的抑制断路器合闸涌流的控制系统,其特征在于,所述回路模块通过导电连接片与断路器连接。
5.根据权利要求4所述的抑制断路器合闸涌流的控制系统,其特征在于,所述I/O单元将接触行程量传递给控制单元,控制单元判断接触行程量与理论接触行程量的差值是否超过预设的阈值,超过时控制单元向转换单元传递调整指令信号,转换单元根据调整指令信号提供数字控制的电压和电流给静弧触头补偿单元,静弧触头补偿单元带动静弧触头向着动弧触头的方向移动,实现静弧触头身位补偿。
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