CN114267559B - 一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置 - Google Patents

一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置，该限流装置采用两个串联快速真空开关形成双断口快速真空开关，利用自耦变压器公共侧中性点接地端串接小电抗限流的原理，加装快速真空开关实现对母线单相短路故障的快速限流。本发明应用于超高压系统中，能够快速、准确地实现不对称短路故障电流的限流，同时快速开关型的限流置能够减少线路损失，提高输电效率，也降低了对输电线路设备的要求。

Description

一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置
技术领域
本发明涉及超高压快速故障限流器技术领域，特别涉及变压器中性点串接小电抗限流技术。
背景技术
近年来，随着电网发展规模扩大，电力负荷密度增大，电压等级提高，故障短路电流水平也在迅速攀升，在超高压系统中已经出现了短路电流接近(甚至超过)断路器额定开断容量的情况。同时，由于超高压系统中多采用自耦变压器来降低损耗和成本，中性点直接金属接地，降低了零序阻抗，使得母线单相不对称短路电流增长迅速，超过三相短路电流，对整个系统的稳定性和可靠性造成了威胁。因此，需采取措施限制超高压电压等级下产生的故障短路电流，目前常见的几种限流方式有：电网分区供电，变电站分母运行、优化电源接入方式、更换开关设备等，考虑到经济性与可行性的要求，这些方法并不理想。
故障电流限制器(简称限流器)是解决超高压系统短路电流超标的关键设备，其在电网正常运行时呈现零阻抗或微阻抗，当短路故障发生时快速呈现高阻抗，实现限流作用，具有高可靠性、经济性和快速性的特性。目前国内外常见的限流器可以分为：超导故障限流器；固态限流器和串联谐振限流器三大类，超导故障限流器在技术性能上最接近理想限流器，但其能耗较高，体积较大，造价也相对昂贵；固态限流器动作速度快、可控性好，但其受到电子元件性能限制，并不适用于超高压电网的限流；串联谐振型限流器能够用于超高压限流，但目前造价较高，存在后期运行维护等问题。
快速开关型的故障限流器将快速开关与电抗器并联安装，系统正常状态下快速开关将电抗器短路，几乎没有电能损耗，而当短路故障发生时快速开关迅速动作，短路电流转移至电抗器支路，实现快速限流，该限流器集合了上述三种限流装置的优势，在保证了限流效果的同时，降低了成本，是一种能够高效限流的经济型限流器。
在自耦变压器不同位置加装快速开关型故障电流限制器均可实现对短路电流的限制，其中，在高压侧加装时，由于流过快速开关的短路电流较小，对快速开关的开断能力要求较低，但是对于装置的绝缘要求最高；在中压侧加装时，对于装置绝缘的要求较低，但是短路时流过快速开关的短路电流较大，对开断能力的要求较高；而在公共侧中性点接地端加装快速开关投切电抗时，流过快速开关的短路电流最小，正常运行电压最低，是一种最优的安装方式。
目前在超高压电压等级下，关于在变压器中性点接地端加装快速开关型故障限流装置的相关研究尚属空白。
发明内容
为解决超高压电压等级下无法有效限制超标短路电流的问题，本发明提出一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置，该故障限流装置主要利用自耦变压器中性点串接小电抗限流的技术，本发明采用双断口快速真空开关型故障限流器，该故障电流限制器包括限流电抗器，以及与电抗器并联的两个串联快速真空开关，串接在变压器中性点处能够实现超高压系统故障短路电流的有效控制，降低生产和运维成本，工作原理简单，可靠性高，具有研究和推广应用意义。
为实现上述要求，本发明采用如下技术方案：
一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置，所述限流装置包括限流电抗器、绝缘套管以及与限流电抗器并联的两个串联快速真空开关；所述限流装置串接在变压器中性点处；
其中，自耦变压器公共侧中性点接地端101首先通过绝缘套管102与两个串联的快速真空开关一端连接，此外自耦变压器公共侧中性点接地端101还通过限流电抗器103与两个串接快速真空开关的另一端104连接，并一起接入接地端105，实现限流电抗器与两个串联快速真空开关并联连接；
所述快速真空开关包括：上导电座201、真空灭弧室202、下导电座203、绝缘拉杆204、斥力机构205、分闸线圈206、斥力盘207、合闸线圈208和合分闸缓冲器209；其中，真空灭弧室202静端与上导电座201固定电气连接，灭弧室202动导电杆与下导电座203固定电气连接，同时真空灭弧室202的动导电杆通过绝缘拉杆204和斥力机构205的输出导杆固定连接，绝缘拉杆204一方面实现合分闸传动操作，另一方面实现真空灭弧室202部分与斥力机构205部分的电气隔离；合分闸缓冲器209与斥力机构205可动部件固定连接，实现快速真空开关合、分闸操作的缓冲；斥力机构205中的分闸线圈206和合闸线圈208分别通过控制系统实现快速真空开关的分闸驱动和合闸驱动。
当单相短路故障发生时，三相电流不对称，自耦变压器中性点上会产生大的短路电流，短路电流甚至超过额定开断容量，从而影响线路正常工作，该限流装置串接在自耦变压器中性点接地端，通过快速真空开关的开断能够快速接入线路限制短路电流的增大，起到限流作用。
所述的快速开关型故障限流装置在电网中安装位置比较灵活，可安装在发电机出口部分、高压输电网连接处、高中压配电网连接处等地的变压器公共侧中性点接地位置，起到限制短路电流、保护电网系统稳定及设备安全的作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体体现在：通过在自耦变压器公共侧中性点接地端串接快速开关型故障限流装置，能够快速、准确地实现不对称短路故障电流的限流，同时快速开关型的限流置能够减少线路损失，提高输电效率，也降低了对输电线路设备的要求。能够有效控制超高压电网中的短路电流超标问题，应用于750kV/330kV自耦变压器单相短路故障限流中时，能够满足短路电流限制率≥20％、限流响应时间≤20ms等技术指标，不仅响应速度快、限流效果好，还有效提高了电网运行的经济性和可靠性，工作原理与操作过程也大大简化。
附图说明
图1为本发明所述的一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置电气拓扑图。
图2为本发明所述的一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置结构图。
图3为本发明所述的一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置做进一步详细说明。
如图1所示为一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置电气拓扑图，其中第一快速真空开关B1和第二快速真空开关B2串联代表双断口快速真空开关。其工作原理为：在线路正常工作状态下，第一快速真空开关B1和第二快速真空开关B2关合，限流电抗器L被短路，此时几乎没有电能损耗，在短路故障发生时，第一快速真空开关B1和第二快速真空开关B2迅速动作断开所在支路，短路电流转移至限流电抗器L所在支路，限流电抗器投入线路实现快速限流。
如图2所示为一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置结构图，主要包括限流电抗器和并联在限流电抗器两端的双断口快速真空开关。
其中，变压器公共侧中性点接地端101首先通过绝缘套管102与两个串联的快速真空开关一端连接，此外变压器公共侧中性点接地端101还通过限流电抗器103与两个串接快速真空开关的另一端104连接，并一起接入接地端105，实现限流电抗器与两个串联快速真空开关并联连接。
所述快速真空开关包括：上导电座201、真空灭弧室202、下导电座203、绝缘拉杆204、斥力机构205、分闸线圈206、斥力盘207、合闸线圈208和合分闸缓冲器209；其中，真空灭弧室202静端与上导电座201固定电气连接，灭弧室202动导电杆与下导电座203固定电气连接，同时真空灭弧室202的动导电杆通过绝缘拉杆204和斥力机构205的输出导杆固定连接，绝缘拉杆204一方面实现合分闸传动操作，另一方面实现真空灭弧室202部分与斥力机构205部分的电气隔离；合分闸缓冲器209与斥力机构205可动部件固定连接，实现快速真空开关合、分闸操作的缓冲；斥力机构205中的分闸线圈206和合闸线圈208分别通过控制系统实现快速真空开关的分闸驱动和合闸驱动；
如图3所示为一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置工作原理图，其中快速开关型故障限流装置串接在自耦变压器公共绕组的中性点接地端，用于限制母线上单相短路时出现的故障电流。当单相短路故障发生时，三相电流不对称，中性点上产生较大短路电流甚至超过额定开断容量，从而影响了线路正常工作，该限流装置可以快速地接入线路限制短路电流的增大，起到限流作用。此时，相较于加装在高压侧或中压侧母线限流的方案，加装在变压器公共侧中性点接地端流过快速真空开关的短路电流最小，正常运行电压也最低，对快速真空开关的开断能力要求和装置的绝缘要求较低，是一种经济性与可靠性最优的限流方案。

Claims (3)

1.一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置，其特征在于：所述限流装置包括限流电抗器、绝缘套管以及与限流电抗器并联的两个串联快速真空开关；所述限流装置串接在变压器中性点处；
其中，自耦变压器公共侧中性点接地端(101)首先通过绝缘套管(102)与两个串联的快速真空开关一端连接，此外自耦变压器公共侧中性点接地端(101)还通过限流电抗器(103)与两个串接快速真空开关的另一端(104)连接，并一起接入接地端(105)，实现限流电抗器与两个串联快速真空开关并联连接；
所述快速真空开关包括：上导电座(201)、真空灭弧室(202)、下导电座(203)、绝缘拉杆(204)、斥力机构(205)、分闸线圈(206)、斥力盘(207)、合闸线圈(208)和合分闸缓冲器(209)；其中，真空灭弧室(202)静端与上导电座(201)固定电气连接，灭弧室(202)动导电杆与下导电座(203)固定电气连接，同时真空灭弧室(202)的动导电杆通过绝缘拉杆(204)和斥力机构(205)的输出导杆固定连接，绝缘拉杆(204)一方面实现合分闸传动操作，另一方面实现真空灭弧室(202)部分与斥力机构(205)部分的电气隔离；合分闸缓冲器(209)与斥力机构(205)可动部件固定连接，实现快速真空开关合、分闸操作的缓冲；斥力机构(205)中的分闸线圈(206)和合闸线圈(208)分别通过控制系统实现快速真空开关的分闸驱动和合闸驱动。
2.根据权利要求1所述的一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置，其特征在于：当单相短路故障发生时，三相电流不对称，自耦变压器中性点上会产生大的短路电流，短路电流甚至超过额定开断容量，从而影响线路正常工作，该限流装置串接在自耦变压器中性点接地端，通过快速真空开关的开断能够快速接入线路限制短路电流的增大，起到限流作用。
3.根据权利要求1所述的一种用于超高压系统的快速开关型故障限流装置，其特征在于：所述限流装置安装在发电机出口部分、高压输电网连接处和/或高中压配电网连接处的变压器公共侧中性点接地端。
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