CN117081019A - 一种快速限流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种快速限流装置，包括电磁斥力操动单元、工作单元以及信号采集单元，电磁斥力操动单元包括机构壳体和设置于机构壳体内的合位保持永磁铁、磁保持盘、分位保持永磁铁，磁保持盘的两侧均设置有斥力盘，合位保持永磁铁处设置分闸电磁斥力线圈，分位保持永磁铁处设置合闸电磁斥力线圈；工作单元包括进线法兰、出线法兰、真空灭弧室、绝缘拉杆以及限流电抗器。本发明改变现有技术中串联电抗器型限流方案造成能源损耗的弊端，实现了零损耗运行；同时，信号采集单元的电流监测元件能够监测出线法兰的电流状态。在提高分闸速度的同时，利用空气压缩缓冲性能，缓解了现有技术中限流器受冲击损伤的问题，有效保证了设备的运行可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电器技术领域，特别是涉及一种快速限流装置。
背景技术
限流器属于电器领域，是一种用于短路电流限制的装置。限流器作用是当线路出线短路故障时，快速限流装置分闸动作，将限流电抗器投入系统，起到限制短路电流的目的；故障切除后，限流器合闸动作，将限流电抗器旁路，起到零损耗运行的效果。
现有技术中，限流器主要以在系统串联电抗器来实现限流作用，能源消耗较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速限流装置，以解决上述现有技术存在的问题，延长限流器的使用寿命，降低限流器工作能耗。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种快速限流装置，包括：
电磁斥力操动单元，所述电磁斥力操动单元包括机构壳体和设置于所述机构壳体内的合位保持永磁铁、磁保持盘、分位保持永磁铁，所述磁保持盘可滑动地设置于所述机构壳体内，沿所述磁保持盘的运动方向，所述合位保持永磁铁和所述分位保持永磁铁分别位于所述磁保持盘的两侧，且所述磁保持盘的两侧均设置有斥力盘，所述合位保持永磁铁处设置分闸电磁斥力线圈，所述分位保持永磁铁处设置合闸电磁斥力线圈，所述合闸电磁斥力线圈以及所述分闸电磁斥力线圈均与放电模块相连，所述磁保持盘还连接有机构连杆；所述分位保持永磁铁、所述磁保持盘以及所述机构壳体围成的腔体为第一气室，所述合位保持永磁铁、所述磁保持盘以及所述机构壳体围成的腔体为第二气室，所述第一气室与所述第二气室相连通；
工作单元，所述工作单元包括进线法兰、出线法兰、真空灭弧室、绝缘拉杆以及限流电抗器，所述进线法兰能够利用所述真空灭弧室或所述限流电抗器与所述出线法兰形成通路，所述真空灭弧室与所述限流电抗器并联设置，所述绝缘拉杆动作能够触发所述真空灭弧室以改变其通断状态，所述绝缘拉杆与所述机构连杆相连；
信号采集单元，所述信号采集单元包括电流监测元件，所述电流监测元件与所述出线法兰电连接。
优选地，所述的快速限流装置，还包括控制单元，所述电流监测元件以及所述放电模块均与所述控制单元通信连接。
优选地，所述放电模块利用脉冲储能电容与所述合闸电磁斥力线圈以及所述分闸电磁斥力线圈电连接；所述控制单元还连接有滤波模块。
优选地，所述磁保持盘以及所述斥力盘均具有通气孔，所述第一气室利用所述通气孔与所述第二气室连通。
优选地，所述通气孔的数量为多组，多组所述通气孔沿所述磁保持盘的径向等间距均布；每一组所述通气孔的数量为多个，每一组所述通气孔绕所述磁保持盘的轴线周向均布。
优选地，所述工作单元还包括导电座，所述导电座固定于所述进线法兰上且二者电连接，所述导电座与所述真空灭弧室的静触点相连，所述真空灭弧室的动触点利用柔性连接件与所述出线法兰电连接，所述真空灭弧室的动触点还与所述绝缘拉杆相连。
优选地，所述进线法兰与所述出线法兰之间还设置固定套筒，所述真空灭弧室设置于所述固定套筒内；所述限流电抗器套设于所述固定套筒外，所述固定套筒的外壁上具有能够支撑所述限流电抗器的凸环，所述进线法兰与所述限流电抗器电连接，所述限流电抗器还利用搭接母排与所述出线法兰电连接。
优选地，所述的快速限流装置，还包括安装框架，所述电磁斥力操动单元设置于所述安装框架内，所述工作单元以及所述信号采集单元设置于所述安装框架的顶部。
优选地，所述出线法兰与所述安装框架之间设置绝缘支撑套筒，所述绝缘拉杆位于所述绝缘支撑套筒内。
优选地，所述电流监测元件与所述出线法兰采用穿心式电气连接方式。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的快速限流装置，工作时，工作电流由进线法兰进入真空灭弧室，然后经出线法兰完成通流，此时限流电抗器处于旁路状态，实现了限流电抗器的零损耗运行；当工作线路发生短路故障时，电磁斥力操动单元完成分闸动作，利用机构连杆使真空灭弧室断开形成开路，工作电流经进线法兰进入限流电抗器，再经过出线法兰形成通路，实现短路故障电流的限制作用，改变现有技术中串联电抗器型限流方案造成能源损耗的弊端，实现了零损耗运行；同时，信号采集单元的电流监测元件能够监测出线法兰的电流状态，提高设备运行可靠性。具体地，当工作电流经真空灭弧室流向出线法兰时，电磁斥力操动单元处于合闸状态，当电磁斥力操动单元进行分闸操作时，放电模块向分闸电磁斥力线圈放电，瞬间变化的脉冲电流在斥力盘上产生涡流，涡流产生的磁场与分闸电磁斥力线圈的脉冲电流产生磁场的相互作用，从而推着斥力盘以及磁保持盘运动，进而带动机构连杆运动，实现分闸动作，磁保持盘运动到位后与分位保持永磁铁吸合，实现分闸稳态保持。反之，在进行合闸时，放电模块向合闸电磁斥力线圈放电，瞬间变化的脉冲电流在斥力盘上产生涡流，涡流产生的磁场与合闸电磁斥力线圈的脉冲电流产生磁场的相互作用，从而推着斥力盘、磁保持盘及机构连杆运动，实现合闸动作，磁保持盘运动到位后与合位保持永磁铁吸合，实现合闸稳态保持。还需要强调的是，电磁斥力操动单元内形成第一气室和第二气室，在进行合闸操作时，斥力盘以及磁保持盘带动机构连杆在电磁涡流斥力的作用下做竖直向上的运动，运动过程中压缩第二气室内的空气，运动初期由于运动速度较小，且空气的压缩量小，同时空气流向第一气室进行对流，故而对动作动特性不造成阻碍作用，当运动到了后期，由于运动速度迅速增大，且空气的压缩量增加，且排气速度小于空气压缩速度，从而产生一个阻碍斥力盘以及磁保持盘运动的缓冲阻力，实现合闸缓冲效果，提高设备的动作可靠性及运行稳定性；电磁斥力操动单元进行分闸操作时的过程与上述合闸过程的工作原理相同；本发明的快速限流装置，采用电磁斥力操动单元，在提高分闸速度的同时，利用空气压缩缓冲性能，缓解了现有技术中限流器受冲击损伤的问题，延长了快速限流装置的使用寿命，有效保证了设备的运行可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的快速限流装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的快速限流装置的工作原理示意图；
图3为本发明实施例所公开的快速限流装置的电磁斥力操动单元的剖切结构示意图；
图4为本发明实施例所公开的快速限流装置的电磁斥力操动单元的结构示意图；
图5为图4中沿A-A向的剖切示意图；
图6为图4中磁保持盘以及斥力盘的结构示意图。
其中，100为电磁斥力操动单元；200为工作单元，300为信号采集单元，400为控制单元；
1为机构壳体，2为合位保持永磁铁，3为磁保持盘，4为分位保持永磁铁，5为斥力盘，6为合闸电磁斥力线圈，7为分闸电磁斥力线圈，8为放电模块，9为机构连杆，10为第一气室，11为第二气室，12为进线法兰，13为出线法兰，14为真空灭弧室，15为绝缘拉杆，16为限流电抗器，17为脉冲储能电容，18为滤波模块，19为通气孔，20为导电座，21为柔性连接件，22为固定套筒，23为凸环，24为搭接母排，25为安装框架，26为绝缘支撑套筒。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种快速限流装置，以解决上述现有技术存在的问题，延长限流器的使用寿命，降低限流器工作能耗。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种快速限流装置，包括电磁斥力操动单元100、工作单元200以及信号采集单元300，其中，电磁斥力操动单元100包括机构壳体1和设置于机构壳体1内的合位保持永磁铁2、磁保持盘3、分位保持永磁铁4，磁保持盘3可滑动地设置于机构壳体1内，沿磁保持盘3的运动方向，合位保持永磁铁2和分位保持永磁铁4分别位于磁保持盘3的两侧，且磁保持盘3的两侧均设置有斥力盘5，合位保持永磁铁2处设置分闸电磁斥力线圈7，分位保持永磁铁4处设置合闸电磁斥力线圈6，合闸电磁斥力线圈6以及分闸电磁斥力线圈7均与放电模块8相连，磁保持盘3还连接有机构连杆9；分位保持永磁铁4、磁保持盘3以及机构壳体1围成的腔体为第一气室10，合位保持永磁铁2、磁保持盘3以及机构壳体1围成的腔体为第二气室11，第一气室10与第二气室11相连通；工作单元200包括进线法兰12、出线法兰13、真空灭弧室14、绝缘拉杆15以及限流电抗器16，进线法兰12能够利用真空灭弧室14或限流电抗器16与出线法兰13形成通路，真空灭弧室14与限流电抗器16并联设置，绝缘拉杆15动作能够触发真空灭弧室14以改变其通断状态，绝缘拉杆15与机构连杆9相连；信号采集单元300包括电流监测元件，电流监测元件与出线法兰13电连接。
本发明的快速限流装置，工作时，工作电流由进线法兰12进入真空灭弧室14，然后经出线法兰13完成通流，此时限流电抗器16处于旁路状态，实现了限流电抗器16的零损耗运行；当工作线路发生短路故障时，电磁斥力操动单元100完成分闸动作，利用机构连杆9使真空灭弧室14断开形成开路，工作电流经进线法兰12进入限流电抗器16，再经过出线法兰13形成通路，实现短路故障电流的限制作用，改变现有技术中串联电抗器型限流方案造成能源损耗的弊端，实现了零损耗运行；同时，信号采集单元300的电流监测元件能够监测出线法兰13的电流状态，提高设备运行可靠性。具体地，当工作电流经真空灭弧室14流向出线法兰13时，电磁斥力操动单元100处于合闸状态，当电磁斥力操动单元100进行分闸操作时，放电模块8向分闸电磁斥力线圈7放电，瞬间变化的脉冲电流在斥力盘5上产生涡流，涡流产生的磁场与分闸电磁斥力线圈7的脉冲电流产生磁场的相互作用，从而推动斥力盘5以及磁保持盘3运动，进而带动机构连杆9运动，实现分闸动作，磁保持盘3运动到位后与分位保持永磁铁4吸合，实现分闸稳态保持。反之，在进行合闸时，放电模块8向合闸电磁斥力线圈6放电，瞬间变化的脉冲电流在斥力盘5上产生涡流，涡流产生的磁场与合闸电磁斥力线圈6的脉冲电流产生磁场的相互作用，从而推动斥力盘5、磁保持盘3及机构连杆9运动，实现合闸动作，磁保持盘3运动到位后与合位保持永磁铁2吸合，实现合闸稳态保持。还需要强调的是，电磁斥力操动单元100内形成第一气室10和第二气室11，在进行合闸操作时，斥力盘5以及磁保持盘3带动机构连杆9在电磁涡流斥力的作用下做竖直向上的运动，详见图1，运动过程中压缩第二气室11内的空气，运动初期由于运动速度较小，且空气的压缩量小，同时空气可流向第一气室10进行对流，故而对动作动特性不造成阻碍作用，当运动到了后期，由于运动速度迅速增大，且空气的压缩量增加，且排气速度小于空气压缩速度，从而产生一个阻碍斥力盘5以及磁保持盘3运动的缓冲阻力，实现合闸缓冲效果，提高设备的动作可靠性及运行稳定性；电磁斥力操动单元100进行分闸操作时的过程与上述合闸过程的工作原理相同；本发明的快速限流装置，采用电磁斥力操动单元100，在提高分闸速度的同时，利用空气压缩缓冲性能，缓解了现有技术中限流器受冲击损伤的问题，延长了快速限流装置的使用寿命，有效保证了设备的运行可靠性。
在实际应用中，本发明的快速限流装置，还设置控制单元400，电流监测元件以及放电模块8均与控制单元400通信连接，可将电磁斥力操动单元100的工作状态以及监测到的电流信息等运行状态均反馈至控制单元400，控制单元400利用放电模块8，控制电磁斥力操动单元100的分闸、合闸操作，进一步提高快速限流装置的适应性。此处需要解释说明的是，电流监测元件可选用高精度Rogowski线圈电流传感器，或根据实际监测需要选择其他合适类型的传感器，以满足不同工况。
另外，放电模块8利用脉冲储能电容17与合闸电磁斥力线圈6以及分闸电磁斥力线圈7电连接，脉冲储能电容17的正极通过导线与合闸电磁斥力线圈6以及分闸电磁斥力线圈7的正极连接，脉冲储能电容17的负极通过导线与合闸电磁斥力线圈6以及分闸电磁斥力线圈7的负极连接，放电模块8与脉冲储能电容17接通，从而实现向合闸电磁斥力线圈6或分闸电磁斥力线圈7放电，完成合闸或分闸操作，保证电磁斥力操动单元100的动作可靠性。同时，控制单元400还连接有滤波模块18，外部控制电源通过滤波模块18与控制单元400通过导线接通，提高控制单元400的工作可靠性；此处需要解释说明的是，控制单元400与外部控制电源电连接为本领域技术人员的惯用手段，此处不再赘述。
其中，磁保持盘3以及斥力盘5均具有通气孔19，第一气室10利用通气孔19与第二气室11连通。在进行合闸操作时，斥力盘5以及磁保持盘3带动机构连杆9在电磁涡流斥力的作用下做竖直向上的运动，如图3所示，运动过程中压缩第二气室11内的空气，运动初期由于运动速度较小，且空气的压缩量小，同时空气可通过斥力盘5与磁保持盘3的通气孔19流向第一气室10进行对流，故而对动作动特性不造成阻碍作用，当运动到了后期，由于运动速度迅速增大，且空气的压缩量增加，且斥力盘5与磁保持盘3上的通气孔19的排气速度小于空气压缩速度，从而产生一个阻碍斥力盘5以及磁保持盘3运动的缓冲阻力，实现合闸缓冲效果，提高设备的动作可靠性及运行稳定性，电磁斥力操动单元100进行分闸操作时的过程与上述合闸过程的工作原理相同。在磁保持盘3以及斥力盘5上设置通气孔19，实现第一气室10与第二气室11的对流，且有利于简化电磁斥力操动单元100的结构，节约快速限流装置占用空间，从而进一步提高装置的适应性。此处需要解释说明的是，根据装置规格，合理设置通气孔19的尺寸，以实现缓冲效果，为本领域技术人员的惯用手段，此处不再赘述。
在本具体实施方式中，通气孔19的数量为多组，多组通气孔19沿磁保持盘3的径向等间距均布，且每一组通气孔19的数量为多个，每一组通气孔19绕磁保持盘3的轴线周向均布，设置多组通气孔19，且每一组通气孔19采用周向均布的方式，有利于提高空气的流通均匀性，从而提高磁保持盘3以及斥力盘5的受力均匀性，保证电磁斥力操动单元100的工作可靠性。
具体地，工作单元200还包括导电座20，导电座20固定于进线法兰12上且二者电连接，导电座20与真空灭弧室14的静触点相连，进线法兰12利用导电座20实现与真空灭弧室14的连接，真空灭弧室14的动触点利用柔性连接件21与出线法兰13电连接，真空灭弧室14的动触点还与绝缘拉杆15相连，绝缘拉杆15随机构连杆9运动，进而带动真空灭弧室14的动触点动作，控制真空灭弧室14的通断，真空灭弧室14的动触点利用柔性连接件21与出线法兰13电连接，在避免影响真空灭弧室14的动触点动作的同时，保证真空灭弧室14的动触点与出线法兰13的连接可靠性。
为了提高装置的结构稳定性，在进线法兰12与出线法兰13之间还设置固定套筒22，真空灭弧室14设置于固定套筒22内，保证了装置的结构强度；限流电抗器16套设于固定套筒22外，固定套筒22的外壁上具有能够支撑限流电抗器16的凸环23，固定套筒22利用凸环23对限流电抗器16提供稳定支撑，进线法兰12与限流电抗器16电连接，限流电抗器16还利用搭接母排24与出线法兰13电连接。
为了进一步保证装置的整体结构稳定性，本发明的快速限流装置，还包括安装框架25，电磁斥力操动单元100设置于安装框架25内，工作单元200以及信号采集单元300设置于安装框架25的顶部，控制单元400、脉冲储能电容17以及滤波模块18均设置于安装框架25内，提高装置的结构整体性。
更具体地，出线法兰13与安装框架25之间设置绝缘支撑套筒26，绝缘拉杆15位于绝缘支撑套筒26内，为工作单元200提供了多一重支撑，同时保证了电磁斥力操动单元100能够利用绝缘拉杆15控制真空灭弧室14的通断。
还需要说明的是，电流监测元件与出线法兰13采用穿心式电气连接方式，保证连接可靠性，在实际应用中，还可以根据实际需求选择其他类型的连接方式。
本发明的快速限流装置，能够显著降低因短路事故造成对电网设备的累计冲击作用，有效的提高设备的使用寿命，提高设备运行的可靠性，保持设备的健康水平，有利于设备全生命周期管理；同时采用真空灭弧室14与深度限流电抗器16并联安装，正常运行时限流电抗器16被旁路掉，只有发生短路故障时才投入深度限流电抗器16达到限流效果，摒弃了串联电抗器型限流方案造成能源损耗的弊端，实现了零损耗运行；并有效利用了电磁涡流斥力驱动和空气压缩缓冲功能，再结合智能监控单元的快速响应算法，实现了响应速度快、开断容量大、动作分散性低、限流效果好等突出特点，适用于大型能源基地、负荷密集区域、发电机、主变、自备发电厂的分支回路等电力系统，用以实现电网的短路电流超标治理及系统重要设备的运行保护。除此之外，本发明的快速限流装置，真空灭弧室14、电磁斥力操动单元100、深度限流电抗器16及其他附件形成一体化设计，具有结构新颖紧凑、安装便捷占地少、管理成本低等特点。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种快速限流装置，其特征在于，包括：
电磁斥力操动单元，所述电磁斥力操动单元包括机构壳体和设置于所述机构壳体内的合位保持永磁铁、磁保持盘、分位保持永磁铁，所述磁保持盘可滑动地设置于所述机构壳体内，沿所述磁保持盘的运动方向，所述合位保持永磁铁和所述分位保持永磁铁分别位于所述磁保持盘的两侧，且所述磁保持盘的两侧均设置有斥力盘，所述合位保持永磁铁处设置分闸电磁斥力线圈，所述分位保持永磁铁处设置合闸电磁斥力线圈，所述合闸电磁斥力线圈以及所述分闸电磁斥力线圈均与放电模块相连，所述磁保持盘还连接有机构连杆；所述分位保持永磁铁、所述磁保持盘以及所述机构壳体围成的腔体为第一气室，所述合位保持永磁铁、所述磁保持盘以及所述机构壳体围成的腔体为第二气室，所述第一气室与所述第二气室相连通；
工作单元，所述工作单元包括进线法兰、出线法兰、真空灭弧室、绝缘拉杆以及限流电抗器，所述进线法兰能够利用所述真空灭弧室或所述限流电抗器与所述出线法兰形成通路，所述真空灭弧室与所述限流电抗器并联设置，所述绝缘拉杆动作能够触发所述真空灭弧室以改变其通断状态，所述绝缘拉杆与所述机构连杆相连；
信号采集单元，所述信号采集单元包括电流监测元件，所述电流监测元件与所述出线法兰电连接。
2.根据权利要求1所述的快速限流装置，其特征在于：还包括控制单元，所述电流监测元件以及所述放电模块均与所述控制单元通信连接。
3.根据权利要求2所述的快速限流装置，其特征在于：所述放电模块利用脉冲储能电容与所述合闸电磁斥力线圈以及所述分闸电磁斥力线圈电连接；所述控制单元还连接有滤波模块。
4.根据权利要求1所述的快速限流装置，其特征在于：所述磁保持盘以及所述斥力盘均具有通气孔，所述第一气室利用所述通气孔与所述第二气室连通。
5.根据权利要求4所述的快速限流装置，其特征在于：所述通气孔的数量为多组，多组所述通气孔沿所述磁保持盘的径向等间距均布；每一组所述通气孔的数量为多个，每一组所述通气孔绕所述磁保持盘的轴线周向均布。
6.根据权利要求1所述的快速限流装置，其特征在于：所述工作单元还包括导电座，所述导电座固定于所述进线法兰上且二者电连接，所述导电座与所述真空灭弧室的静触点相连，所述真空灭弧室的动触点利用柔性连接件与所述出线法兰电连接，所述真空灭弧室的动触点还与所述绝缘拉杆相连。
7.根据权利要求6所述的快速限流装置，其特征在于：所述进线法兰与所述出线法兰之间还设置固定套筒，所述真空灭弧室设置于所述固定套筒内；所述限流电抗器套设于所述固定套筒外，所述固定套筒的外壁上具有能够支撑所述限流电抗器的凸环，所述进线法兰与所述限流电抗器电连接，所述限流电抗器还利用搭接母排与所述出线法兰电连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的快速限流装置，其特征在于：还包括安装框架，所述电磁斥力操动单元设置于所述安装框架内，所述工作单元以及所述信号采集单元设置于所述安装框架的顶部。
9.根据权利要求8所述的快速限流装置，其特征在于：所述出线法兰与所述安装框架之间设置绝缘支撑套筒，所述绝缘拉杆位于所述绝缘支撑套筒内。
10.根据权利要求1所述的快速限流装置，其特征在于：所述电流监测元件与所述出线法兰采用穿心式电气连接方式。
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