CN113285433B - 短路电流限峰限流系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短路电流限峰限流系统。该短路电流限峰限流系统包括：第一高频限峰限流支路，用于在三相交流电的第一相支路发生短路故障时，向该第一相支路的第一开关1SKa提供第一高频电流；第二高频限峰限流支路，用于在该三相交流电的第二相支路发生短路故障时，向该第二相支路的第二开关1SKc提供第二高频电流；以及与该第一相支路和该第二相支路并联的该三相交流电的第三相支路，用于始终供电。本发明将高频电流叠加在开关原本的短路电流之上，从而促使短路电流所产生的电弧从产生至过零点熄灭再至控制系统判断的总时长小于短路电流出现峰值的时长，因此能够有效降低短路电流峰值对开关的动稳定性的破坏并降低对系统设备的冲击。

Description

短路电流限峰限流系统
技术领域
本发明涉及电力领域，具体涉及一种用于短路电流限峰限流系统。
背景技术
随着我国工业化、城镇化快速发展，在较长时期内电力需求将持续增长。电网发展任务繁重，智能配电网的发展显得更加迫切。研发新一代高可靠性、智能快速开关可为智能配电网供电的安全性和可靠性提供强有力的技术保障。
传统上，为了保障电网安全，切除短路电路，通常采用真空开关。相比于油压开关、六氟化硫开关和爆炸开关等，真空开关至少具有以下优点。
(1)在断开短路电流时，油压开关会产生喷油、排气现象，给外界带来污染，但真空开关不会。
(2)在断开短路电流时，六氟化硫开关由于电弧高温会将六氟化硫气体分解产生有毒物质，但真空开关不会。
(3)爆炸开关为一次性使用设备，一旦使用就必须停电更换，但真空开关不会。
但是，真空开关仍然存在一个问题：限制首半波短路电流峰值的能力有限，从而影响其动稳定性。具体说明如下。
图1是根据相关技术的真空开关断开短路电流的示意图。如图1所示，时点t0与时点t3分别代表两个电流过零点。对于常规50Hz交流电路，时点t0与t3之间时长为10毫秒。
假设在时点t1，由于存在短路电流，真空开关被断开。由于真空开关的真空度很高，因此即便其已经断开，其电离子也会击穿并形成电弧，该电弧必须等至短路电流过零点t3(也就是首半波)才可真正熄灭。这将明显增加真空开关的负荷，影响真空开关的寿命。
特别是，在时点t2，短路电流峰值对真空开关的动稳定性的破坏将更大。
因此，如何针对短路电流限峰限流，从而降低对动稳定性的破坏，是真空开关亟待解决的一个问题。
发明内容
本发明旨在提供一种短路电流限峰限流系统，能够解决相关技术中开关首半波短路电流峰值破坏其动稳定性的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种短路电流限峰限流系统。该短路电流限峰限流系统包括：第一高频限峰限流支路，用于在三相交流电的第一相支路发生短路故障时，向所述第一相支路的第一开关提供第一高频电流，所述第一高频电流用于使短路电流的过零点出现在所述三相交流电的过零点之前；第二高频限峰限流支路，用于在所述三相交流电的第二相支路发生短路故障时，向所述第二相支路的第二开关提供第二高频电流，所述第二高频电流用于使短路电流的过零点出现在所述三相交流电的过零点之前；以及与所述第一相支路和所述第二相支路并联的所述三相交流电的第三相支路，用于始终供电。
优选地，所述第一开关用于在所述第一相支路正常运行时闭合并在其发生短路故障时断开；所述第一高频限峰限流支路，与所述第一开关并联，用于在所述第一相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时给所述第一开关提供所述第一高频电流；所述第二开关用于在所述第二相支路正常运行时闭合并在其发生短路故障时断开；所述第二高频限峰限流支路，与所述第二开关并联，用于在所述第二相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时给所述第二开关提供所述第二高频电流。
优选地，所述第一高频限峰限流支路包括：第一高频电流放电控制开关，用于在所述第一相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时闭合；以及第一换流电抗器和第一换流电容器，与所述第一高频电流放电控制开关串联，用于在所述第一高频电流放电控制开关闭合时，给所述第一开关提供所述第一高频电流；所述第二高频限峰限流支路包括：第二高频电流放电控制开关，用于在所述第一相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时闭合；以及第二换流电抗器和第二换流电容器，与所述第二高频电流放电控制开关串联，用于在所述第二高频电流放电控制开关闭合时，给所述第二开关提供所述第二高频电流。
优选地，所述第一高频电流放电控制开关的响应时间和所述第二高频电流放电控制开关的响应时间均为微秒级。
优选地，所述第一换流电容器预先通过所述第一相支路和所述第三相支路的线电压进行充电；第二换流电容器预先通过所述第二相支路和所述第三相支路的线电压进行充电。
优选地，所述第一换流电容器和第二换流电容器均预先通过所述三相交流电以外的外部电源进行充电。
优选地，所述短路电流限峰限流系统还包括：与所述第一高频限峰限流支路并联的第一限流支路，所述第一限流支路包括第一限流电抗器；以及与所述第二高频限峰限流支路并联的第二限流支路，所述第二限流支路包括第二限流电抗器。
优选地，所述短路电流限峰限流系统还包括：与所述第一高频限峰限流支路并联的第一吸能支路，所述第一吸能支路包括第一吸能器；以及与所述第二高频限峰限流支路并联的第二吸能支路，所述第二吸能支路包括第二吸能器。
优选地，所述短路电流限峰限流系统还包括：多个电柜，其中，第一电柜布置有所述第一高频限峰限流支路、所述第一限流支路和所述第一吸能支路；第二电柜布置有所述第二高频限峰限流支路、所述第二限流支路和所述第二吸能支路；以及第三电柜布置有所述第一相支路、所述第二相支路和所述第三相支路，其中所述第三相支路置于所述第一相支路和所述第二相支路中间。
优选地，所述短路电流限峰限流系统还包括：位于所述第三电柜之内的三相开关，用于断开所述三相交流电。
本发明将高频电流叠加在开关原本的短路电流之上，从而促使短路电流所产生的电弧从产生至过零点熄灭再至控制系统判断的总时长小于短路电流出现峰值的时长，因此能够有效降低短路电流峰值对开关的动稳定性的破坏。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术的真空开关断开短路电流的示意图；
图2是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(线电压充电)的示意图；
图3是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(外部电源充电)的示意图一；
图4是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(外部电源充电)的示意图二；
图5是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(外部电源充电)的示意图三；
图6是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(外部电源充电)的示意图四；
图7是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(限流支路)的示意图；
图8是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(吸能支路)的示意图；以及
图9是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(三个电柜)的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供了一种短路电流限峰限流系统。图2是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(线电压充电)的示意图，如图2所示，该短路电流限峰限流系统包括：第一高频限峰限流支路，用于在三相交流电的第一相支路发生短路故障时，向该第一相支路的第一开关1SKa提供第一高频电流，该第一高频电流用于使短路电流的过零点出现在该三相交流电的过零点之前，以尽快将第一换流电抗器Lfa和第一换流电容器Ca串入电路，达到限制短路电流峰值的目的；第二高频限峰限流支路，用于在该三相交流电的第二相支路发生短路故障时，向该第二相支路的第二开关1SKc提供第二高频电流，该第二高频电流用于使短路电流的过零点出现在该三相交流电的过零点之前，以尽快将第二换流电抗器Lfc和第二换流电容器Cc串入电路，达到限制短路电流峰值的目的；以及与该第一相支路和该第二相支路并联的该三相交流电的第三相支路，用于始终供电。
相关技术中，短路电流会在开关处产生电弧，该电弧必须等至该短路电流首半波过零点才可真正熄灭，并且该短路电流的峰值对该开关的动稳定性的破坏非常大，从而对系统设备的冲击也会非常大，严重时甚至导致设备直接损坏。
本发明将高频电流叠加在开关原本的短路电流之上，从而促使电弧从产生至过零点熄灭再至控制系统判断的总时长小于短路电流出现峰值的时长，因此能够有效降低短路电流峰值对开关的动稳定性的破坏并降低对系统设备的冲击。
同时，本发明还对交流电三相电路采取不同处理方法，即，对于第一相和第二相，分别叠加高频电流；对于第三相，保持不变，始终供电。本发明的使用环境可以是中心点非有效接地电网或中心点非有效接地发电机，具体来说，根据现有设计规范，在电网或发电机发生单相接地故障(单相短路故障)的情况下，携带该故障继续运行是可以允许的，但运行不得超过两个小时。因此本发明的有益效果是，采用性价比最高的方式，无论交流电三相电路中任何一相短路，不仅能够有效降低短路电流峰值，而且不会形成异相短路。
根据本发明的一个实施例，该第一开关1SKa用于在该第一相支路正常运行时闭合并在其发生短路故障时断开；该第一高频限峰限流支路，与该第一真空1SKa开关并联，用于在该第一相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时给该第一开关1SKa提供该第一高频电流；同时，该第二开关1SKc用于在该第二相支路正常运行时闭合并在其发生短路故障时断开；该第二高频限峰限流支路，与该第二开关1SKc并联，用于在该第二相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时给该第二开关1SKc提供该第二高频电流。
本发明实施例进一步明确了第一高频限峰限流支路和第一相支路之间的并联连接方式，以及明确了第二高频限峰限流支路和第二相支路之间的并联连接方式。该连接方式有利于将高频电流叠加在开关原本的短路电流之上，从而促使电弧从产生至过零点熄灭再至控制系统判断的总时长小于短路电流出现峰值的时长，因此能够有效降低短路电流峰值对开关的动稳定性的破坏并降低对系统设备的冲击。
需要说明，本领域技术人员能够理解，上述第一高频限峰限流支路和第一相支路之间的并联连接方式以及第二高频限峰限流支路和第二相支路之间的并联连接方式仅仅是一种示例，实际应用中，任何能够将高频电流叠加在开关原本的短路电流之上，实现电弧从产生至过零点熄灭再至控制系统判断的总时长小于短路电流出现峰值的时长的电路连接方式均应当纳入本发明的保护范围。
需要说明，本领域技术人员还能够理解，上述第一开关1SKa和第二开关1SKc既可以是真空开关，也可以是油压开关、六氟化硫开关和爆炸开关等任何能够实现人工过零开断的开关，这些开关均应当纳入本发明的保护范围。
根据本发明的一个实施例，该第一高频限峰限流支路包括：第一高频电流放电控制开关SPa，用于在该第一相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时闭合；以及第一换流电抗器Lfa和第一换流电容器Ca，与该第一高频电流放电控制开关SPa串联，用于在该第一高频电流放电控制开关SPa闭合时，给该第一开关1SKa提供该第一高频电流。其中，该第一高频电流放电控制开关SPa的响应时间为微秒级，以准确控制高频电流的放电时刻。
本发明实施例进一步明确了第一高频限峰限流支路由第一高频电流放电控制开关Spa、第一换流电抗器Lfa和第一换流电容器Ca串联的组成方式。该连接方式有利于高速产生所需的第一高频电流，从而叠加在开关原本的短路电流之上，促使电弧从产生至过零点熄灭再至控制系统判断的总时长小于短路电流出现峰值的时长，因此能够有效降低短路电流峰值对开关的动稳定性的破坏。
根据本发明的另一个实施例，该第二高频限峰限流支路包括：第二高频电流放电控制开关SPc，用于在该第一相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时闭合；以及第二换流电抗器Lfc和第二换流电容器Cc，与该第二高频电流放电控制开关SPc串联，用于在该第二高频电流放电控制开关SPc闭合时，给该第二开关1SKc提供该第二高频电流。其中，该第二高频电流放电控制开关SPc的响应时间为微秒级，以准确控制高频电流的放电时刻。
本发明上述实施例进一步明确了第二高频限峰限流支路由第二高频电流放电控制开关Spc、第二换流电抗器Lfc和第二换流电容器Cc串联的组成方式。该连接方式有利于高速产生所需的第二高频电流，从而叠加在开关原本的短路电流之上，促使电弧从产生至过零点熄灭再至控制系统判断的总时长小于短路电流出现峰值的时长，因此能够有效降低短路电流峰值对开关的动稳定性的破坏并降低对系统设备的冲击。
需要说明，本领域技术人员清楚，上述第一高频电流放电控制开关Spa和第二高频电流放电控制开关SPc可以是真空触发放电间隙、半导体或机械导通控制开关等，其均应当纳入本发明的保护范围。
根据本发明的一个实施例，该第一换流电容器Ca预先通过该第一相支路和该第三相支路的线电压进行充电；该第二换流电容器Cc预先通过该第二相支路和该第三相支路的线电压进行充电。这种充电方式直接利用三相交流电中相应的两相，充电效果简便、稳定。
图3是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(外部电源充电)的示意图。图3与图2的区别在于，该第一换流电容器Ca和该第二换流电容器Cc均预先通过该三相交流电以外的外部电源进行充电。这种充电方式利用三相交流电以外的外部电源，充电效果稳定、可靠。
需要说明，上述外部电源充电还可以采取图4至图6中的方式，这些充电方式均应当纳入本发明的保护范围。其中，图5与图3的区别在于，图5的外部电源针对第一换流电抗器Lfa和第一换流电容器Ca共同充电以及针对第二换流电抗器Lfc和第二换流电容器Cc共同充电。并且，与图3和图5相比，图4和图6的区别在于采用了全波整流的方式。
图7是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(限流支路)的示意图。如图7所示，该短路电流限峰限流系统还包括：与该第一高频限峰限流支路并联的第一限流支路以及与该第二高频限峰限流支路并联的第二限流支路，其中该第一限流支路包括第一限流电抗器La，该第二限流支路包括第二限流电抗器Lc。
本实施例增加了限流支路，其用于转移并限制短路电流，提高开关的热稳定性。具体来说，在第一相支路、第二相支路短路电流断开、电弧迅速熄灭的情况下，电网中的用电设备可能由于断电而受到破坏，电网中哪一层级的哪一支路存在短路也可能由于断电而无法获知，因此本实施例增加了限流支路，其用于在第一相支路、第二相支路短路电流断开、电弧迅速熄灭后继续给电网提供限制后的短路电流，以便通过级差配合，获知电网中哪一层级的哪条支路存在短路，并且避免电网中的用电设备受到破坏。
图8是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(吸能支路)的示意图。如图8所示，该短路电流限峰限流系统还包括：与该第一高频限峰限流支路并联的第一吸能支路，该第一吸能支路包括第一吸能器MOVa；以及与该第二高频限峰限流支路并联的第二吸能支路，该第二吸能支路包括第二吸能器MOVc。
本实施例增加了吸能支路，其用于在第一相支路、第二相支路短路电流断开、电弧迅速熄灭的情况下，将短路电流的能量快速转移并且吸收。
图9是根据本发明实施例的短路电流限峰限流系统(三个电柜)的示意图。如图9所示，该短路电流限峰限流系统还包括三个电柜，其中，第一电柜布置有该第一高频限峰限流支路、该第一限流支路和该第一吸能支路；第二电柜布置有该第二高频限峰限流支路、该第二限流支路和该第二吸能支路；以及第三电柜布置有该第一相支路、该第二相支路和该第三相支路，其中该第三相支路置于该第一相支路和该第二相支路中间。
本实施例增加了用于布置上述各支路的三个电柜。具体来说，用于始终供电的第三相支路置于用于短路断开的第一相支路和第二相支路中间，这三相支路均布置于第三电柜；用于对第一相支路进行高频过零、限流和吸能的支路置于第一电柜，用于对第二相支路进行高频过零、限流和吸能的支路置于第二电柜，并且第一电柜和第二电柜分别置于第三电柜的两侧。因此，这样的布置方式有利于电气元件的安装、操作与维护。
根据本发明的实施例，该短路电流限峰限流系统还包括：位于第三电柜之内的三相开关1SK，用于断开该三相交流电。
综上所述，根据本发明的上述实施例，提供了一种短路电流限峰限流系统。该短路电流限峰限流系统包括：第一高频限峰限流支路，用于在三相交流电的第一相支路发生短路故障时，向该第一相支路的第一开关1SKa提供第一高频电流，该第一高频电流用于使短路电流的过零点出现在该三相交流电的过零点之前；第二高频限峰限流支路，用于在该三相交流电的第二相支路发生短路故障时，向该第二相支路的第二开关1SKc提供第二高频电流，该第二高频电流用于使短路电流的过零点出现在该三相交流电的过零点之前；以及与该第一相支路和该第二相支路并联的该三相交流电的第三相支路，用于始终供电。本发明将高频电流叠加在开关原本的短路电流之上，从而促使短路电流所产生的电弧从产生至过零点熄灭再至控制系统判断的总时长小于短路电流出现峰值的时长，因此能够有效降低短路电流峰值对开关的动稳定性的破坏并降低对系统设备的冲击。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种短路电流限峰限流系统，其特征在于，包括：
第一高频限峰限流支路，用于在三相交流电的第一相支路发生短路故障时，向所述第一相支路的第一开关(1SKa)提供第一高频电流，所述第一高频电流用于使短路电流的过零点出现在所述三相交流电的过零点之前；
第二高频限峰限流支路，用于在所述三相交流电的第二相支路发生短路故障时，向所述第二相支路的第二开关(1SKc)提供第二高频电流，所述第二高频电流用于使短路电流的过零点出现在所述三相交流电的过零点之前；
与所述第一相支路和所述第二相支路并联的所述三相交流电的第三相支路，用于始终供电；以及
多个电柜，其中，第一电柜布置有所述第一高频限峰限流支路，第二电柜布置有所述第二高频限峰限流支路，第三电柜布置有所述第一相支路、所述第二相支路和所述第三相支路，其中所述第三相支路置于所述第一相支路和所述第二相支路中间。
2.根据权利要求1所述的短路电流限峰限流系统，其特征在于，
所述第一开关(1SKa)用于在所述第一相支路正常运行时闭合并在其发生短路故障时断开；
所述第一高频限峰限流支路，与所述第一开关(1SKa)并联，用于在所述第一相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时给所述第一开关(1SKa)提供所述第一高频电流；
所述第二开关(1SKc)用于在所述第二相支路正常运行时闭合并在其发生短路故障时断开；
所述第二高频限峰限流支路，与所述第二开关(1SKc)并联，用于在所述第二相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时给所述第二开关(1SKc)提供所述第二高频电流。
3.根据权利要求2所述的短路电流限峰限流系统，其特征在于，
所述第一高频限峰限流支路包括：
第一高频电流放电控制开关(SPa)，用于在所述第一相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时闭合；以及
第一换流电抗器(Lfa)和第一换流电容器(Ca)，与所述第一高频电流放电控制开关(SPa)串联，用于在所述第一高频电流放电控制开关(SPa)闭合时，给所述第一开关(1SKa)提供所述第一高频电流；
所述第二高频限峰限流支路包括：
第二高频电流放电控制开关(SPc)，用于在所述第一相支路正常运行时断开并在其发生短路故障时闭合；以及
第二换流电抗器(Lfc)和第二换流电容器(Cc)，与所述第二高频电流放电控制开关(SPc)串联，用于在所述第二高频电流放电控制开关(SPc)闭合时，给所述第二开关(1SKc)提供所述第二高频电流。
4.根据权利要求3所述的短路电流限峰限流系统，其特征在于，所述第一高频电流放电控制开关(SPa)的响应时间和所述第二高频电流放电控制开关(SPc)的响应时间为均为微秒级。
5.根据权利要求3所述的短路电流限峰限流系统，其特征在于，所述第一换流电容器(Ca)预先通过所述第一相支路和所述第三相支路的线电压进行充电；第二换流电容器(Cc)预先通过所述第二相支路和所述第三相支路的线电压进行充电。
6.根据权利要求3所述的短路电流限峰限流系统，其特征在于，所述第一换流电容器(Ca)和第二换流电容器(Cc)均预先通过所述三相交流电以外的外部电源进行充电。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的短路电流限峰限流系统，其特征在于，还包括：
与所述第一高频限峰限流支路并联的第一限流支路，所述第一限流支路包括第一限流电抗器(La)；以及
与所述第二高频限峰限流支路并联的第二限流支路，所述第二限流支路包括第二限流电抗器(Lc)。
8.根据权利要求7所述的短路电流限峰限流系统，其特征在于，还包括：
与所述第一高频限峰限流支路并联的第一吸能支路，所述第一吸能支路包括第一吸能器(MOVa)；以及
与所述第二高频限峰限流支路并联的第二吸能支路，所述第二吸能支路包括第二吸能器(MOVc)。
9.根据权利要求8所述的短路电流限峰限流系统，其特征在于，所述第一电柜还布置有所述第一限流支路和所述第一吸能支路；
所述第二电柜还布置有所述第二限流支路和所述第二吸能支路。
10.根据权利要求9所述的短路电流限峰限流系统，其特征在于，还包括：位于所述第三电柜之内的三相开关，用于断开所述三相交流电。
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