CN204333938U - 一种短路电流限制及保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种短路电流限制及保护装置，包括：相互串接的限流电抗器和第一高速开关；限流电抗器的两端并联一防止限流电抗器过压的第一金属氧化物变阻器和吸收电容器；限流电抗器的两端还并联有第二高速开关；第一高速开关两端设有一并联支路，并联支路包括阻容吸收电路、第二金属氧化物变阻器和晶闸管电路；第一高速开关与阻容吸收电路、第二金属氧化物变阻器以及晶闸管电路分别并联；第一高速开关两端还并联有一接触器；限流电抗器的母线入线侧还串接有第一隔离开关；第一高速开关的母线出线侧还串接有第二隔离开关。本实用新型具有检修容易、控制简单和可靠性高的优点。

Description

一种短路电流限制及保护装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种短路电流限制及保护装置。

背景技术

电气线路的短路属于一种严重的线路故障，如不能及时迅速切断短路的线路，强大的短路电流会造成电气线路急剧升温而着火，从而引起火灾事故。

随着电力系统和负荷中心电网的迅猛发展，电网规模不断扩大，电网结构极大加强，随之而来电网的短路电流超标问题日益严重，虽依靠电网运行方式的调整短路电流得到一定的抑制，但电网结构的调整空间已十分有限。

现有的快速开断载流桥体与高压限流熔断器、高吸能氧化锌电阻相组合的大容量高速开关，大容量高速开关能够在短路电流上升初期即开断并限制其增长，可以在短路电流达到峰值的15％左右时切断短路电流，动作时间小于1ms，从而避免大的短路电流对电器设备造成冲击。大容量高速开关具有额定电流大、开断时间短、开断能力强、断口耐压高的特点。但大容量高速开关使用有一些缺点，在大容量高速开关开断后将故障线路切除，对一些不能停电负荷的稳定运行带来安全隐患，而且大容量高速开关只能安装在室内。而节能型电网限流装置中的大容量高速开关爆炸桥开断后需停电更换元件，造成了电网运行可靠性不高的问题。

现有技术还提出了在线路端或母线间装设串联电抗器从而增大短路的阻抗的技术方案。该方案的缺点在于增大了电能传输损耗，有时会降低系统的稳定性，并需对现有线路的距离保护方案进行修改。而另一种技术方案在配电网中采用的可控串联电抗器，在系统正常工作时，电抗器和电容器处于串联谐振状态；在发生短路故障时，导通控制器快速导通，短接电容器，容抗电路脱离谐振状态，电抗器起到限制短路电流的作用。但该方案仅采用电抗器作为过电压保护器件，缺点在于不满足高压或超高压电网的高可靠性和检修维护的要求。

实用新型内容

基于此，本实用新型提供一种短路电流限制及保护装置，能限制短路电流强度和及时切断发生短路故障的线路，避免在发生电网短路故障时更换其他元件和对其他设备的不必要影响，提高对短路故障的响应能力和可靠性，保护电网设备不受损毁。

一种短路电流限制及保护装置，包括：相互串接的限流电抗器和第一高速开关；

所述限流电抗器的两端分别并联有第一金属氧化物变阻器、吸收电容器和第二高速开关；

所述第一高速开关两端设有一并联支路，所述并联支路包括阻容吸收电路、第二金属氧化物变阻器和晶闸管电路；所述第一高速开关与所述阻容吸收电路、所述第二金属氧化物变阻器以及所述晶闸管电路分别并联；所述第一高速开关两端还并联有一接触器；

所述限流电抗器的母线入线侧还串接有第一隔离开关；所述第一高速开关的母线出线侧还串接有第二隔离开关。

优选地，所述阻容吸收电路包括电阻器和电容器组，所述电阻器和电容器组串联连接；所述电容器组包括多个相互串联或并联的电容器。

优选地，所述晶闸管电路包括一个或多个串联的反并联晶闸管。

优选地，所述短路电流限制及保护装置还包括一个或多个连接在母线出线侧的电流互感器。

优选地，所述短路电流限制及保护装置还包括控制器和电容式电压互感器；所述控制器与所述电流互感器和所述电容式电压互感器分别连接；所述电容式电压互感器还连接在所述限流电抗器与所述第一高速开关的串接点上。

优选地，所述短路电流限制及保护装置还包括一旁路开关；所述旁路开关的一端连接在母线入线侧，另一端连接在母线出线侧。

优选地，所述第二高速开关还串联有第三隔离开关。

优选地，所述第一高速开关和所述第二高速开关分别为电子开关、机械式动作开关和物理式动作开关中的任意一种。

上述短路电流限制及保护装置，利用电力电子功率器件晶闸管的高速开关特性和大电流分断能力来实现对系统发生故障时的保护，以解决现有技术中电网运行可靠性不高的问题；其主要由电力电子开关器件组成，本身又带有旁路开关，使得检修维护方便，控制简单，在不增加系统成本的前提下，本实用新型所述断路器装置性价比较高。具体地，本实用新型还可避免对电网主网架的改变，有效抑制电网短路电流，降低和避免由于短路电流超标引起的电网结构调整、设备更换带来的投资成本；限制流过电气设备的短路电流幅值，减少灾难性故障发生的可能性。

附图说明

图1是本实用新型提供的短路电流限制及保护装置的第一实施例的结构示意图。

图2是本实用新型第一实施例提供的电容器组的一种结构示意图。

图3是本实用新型第一实施例提供的晶闸管电路的一种结构示意图。

图4是本实用新型提供的短路电流限制及保护装置的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

需要说明的是，所述附图仅仅是示意性的并且是非限制性的。说明书和权利要求书中的术语第一、第二等被用来在相似元素之间进行区分，且不一定被用来描述顺序或时间次序。这些术语在适当的情况下是可互换的，并且本实用新型的各实施例能够按照除了本文所述或所示之外的顺序或走向来操作。

参见图1，是本实用新型提供的短路电流限制及保护装置的第一实施例的结构示意图。

本实施例提供的短路电流限制及保护装置，包括：相互串接的限流电抗器L1和第一高速开关K1。

其中，所述限流电抗器L1的两端分别并联有一防止所述限流电抗器L1过压的第一金属氧化物变阻器MOV1、吸收电容器C1和第二高速开关K2。

所述第一高速开关K1两端设有一并联支路，所述并联支路包括阻容吸收电路、第二金属氧化物变阻器MOV2和晶闸管电路SCR；所述第一高速开关K1与所述阻容吸收电路、所述第二金属氧化物变阻器MOV2以及所述晶闸管电路SCR分别并联，通过第二金属氧化物变阻器MOV2来限制晶闸管电路SCR两端电压；所述第一高速开关K1两端还并联有一接触器K3；该接触器K3可以优选为高压真空接触器。在发生短路故障时，若第一高速开关K1发生拒动时，可以控制闭合该接触器K3来实现相同目的，避免了可能因第一高速开关K1拒动而引发的线路带限流电抗器运行和装置停电检修问题。

所述限流电抗器L1的母线入线侧还串接有第一隔离开关KI1；所述第一高速开关K1的母线出线侧还串接有第二隔离开关KI2。具体地，在检修晶闸管电路时，可以通过第一隔离开关KI1和第二隔离开关KI2断开与晶闸管相连接的电源和负载。

正常运行时，所述晶闸管电路不导通，第一金属氧化物变阻器MOV1、第二金属氧化物变阻器MOV2均为高阻状态，所述限流电抗器L1与所述电容器组C2形成串联谐振，其等效阻抗为零，对外部系统运行没有影响。当流过谐振回路的电流超过设定值(线路过电流保护动作)，或电流超过一定值且电流上升速率大于设定值时(线路电流斜率保护动作)，晶闸管电路导通。具体地，正常工作状态时，当输入交流电源信号为正半波时，正向的晶闸管导通，当交流电源信号为负半波时，反向晶闸管导通；第一隔离开关KI1、第二隔离开关KI2闭合，电网电流经第一隔离开关KI1、电抗器、晶闸管电路、第二隔离开关KI2给负载供电。当电力系统发生短路故障时，若此时输入交流电源处于正半波时，正向晶闸管在此后第一次过零时关断，若此时输入交流电源处于负半波时，反向晶闸管在此后第一次过零时关断，从而快速有效的切除短路电流。如果所述晶闸管电路无法迅速导通，则第二金属氧化物变阻器MOV2作为后备保护限制流过所述电容器组C2的电流。

在一较佳实施例中，所述阻容吸收电路包括电阻器R1和电容器组C2，电阻器R1和电容器组C2串联连接；所述电容器组C2包括多个相互串联或并联的电容器。

参看图2，是本实用新型第一实施例提供的电容器组的一种结构示意图。

在一种可实现的方式中，电容器组C2包括电容器C21、电容器C22、电容器C23、电容器C24、电容器C25和电容器C26；其中，电容器C21和电容器C22形成第一个串联支路；电容器C23和电容器C24形成第二个串联支路；电容器C25和电容器C26形成第三个串联支路；并且，三个串联支路进行并联，并将三个串联支路各自的中间串接点进行连接。这样可以使得流入电容器组的任何电流信号都至少经过两个电容器后才流出。在本实施例中，阻容吸收电路与晶闸管电路并联，用于吸收晶闸管电路开通和关断时产生的电压尖峰。

在一较佳实施例中，所述晶闸管电路包括一个或多个串联的反并联晶闸管；例如，在低压电力系统，晶闸管电路SCR选用单个反并联晶闸管能够满足电压等级；而在中、高压电力系统中，晶闸管电路SCR可以通过串联反并联晶闸管来实现提高电压等级。

参看图3，是本实用新型第一实施例提供的晶闸管电路的一种结构示意图。

具体地，首先通过两个反并联晶闸管构成一个SCR，然后将多个SCR进行串接后形成的串联电路与第二金属氧化物变阻器MOV2并联，提高了第二金属氧化物变阻器MOV2两端的电压等级。具体实施时，还可以在每一个SCR两端并联一个阻容吸收回路，用于吸收晶闸管导通和关断时产生的电压尖峰。

本实施例提供的短路电流限制及保护装置，利用电力电子功率器件晶闸管的高速开关特性和大电流分断能力来实现对系统发生故障时的保护，以解决现有技术中电网运行可靠性不高的问题；其主要由电力电子开关器件组成，本身又带有旁路开关，使得检修维护方便，控制简单，具体地，本实用新型还可避免对电网主网架的改变，有效抑制电网短路电流，降低和避免由于短路电流超标引起的电网结构调整、设备更换带来的投资成本；限制流过电气设备的短路电流幅值，减少灾难性故障发生的可能性。

参看图4，是本实用新型提供的短路电流限制及保护装置的第二实施例的结构示意图。

本实施例与第一实施例的基本结构与工作原理相同，本实施例与第一实施例的区别点在于：在第一实施例的基础上，进一步地，本实施例提供的短路电流限制及保护装置还包括一个或多个连接在母线出线侧的电流互感器20，用于实时监测该母线中的电流大小。具体实施时，电流互感器20也可以设置在母线入线侧，检测电源输入端电流，作为触发晶闸管开关动作的依据。多个电流互感器可以进行串联后再对母线电流进行检测。

本实施例提供的所述的短路电流限制及保护装置还包括一旁路开关K4；所述旁路开关K4的一端连接在母线入线侧，另一端连接在母线出线侧。当反并联晶闸管需要检修维护时，关断晶闸管电路，将与晶闸管电路连接的电源和负载断开，同时接通旁路开关K4，将流经晶闸管电路的电流转移到旁路开关K4，使电流经旁路开关K4给负载供电，以保证负载的连续正常用电。

进一步地，本实施例提供的短路电流限制及保护装置，还包括一个控制器30和一个电容式电压互感器40；所述控制器30与所述电流互感器20和所述电容式电压互感器40分别连接；所述电容式电压互感器40还连接在所述限流电抗器L1与所述第一高速开关K1的串接点上。具体地，电流互感器20将检测到的母线电流信号反馈至控制器30，控制器30可以根据线路电流的大小判断当前电路工作状态是否正常，并在发生短路故障时，控制第一高速开关K1和/或触发器10迅速断开。具体实施时，触发器10还可以与第一高速开关K1串联，以在第一高速开关K1发生故障拒绝打开时及时断开故障线路。各个高速开关的工作过程不产生损耗，装置处于无损运行状态。电容式电压互感器40包括分压电容和高压耦合电容，其中，该电容式电压互感器40从母线取电输送至控制器30，控制器30判断正常带电后启动正常工作。

优选地，所述第二高速开关K2还串联有第三隔离开关KI3。其中，第三隔离开关KI3的出线端与第二高速开关K2的入线端连接，第三隔离开关KI3的入线端与地限流电抗器L1的入线端连接，以保证在第二高速开关K2发生故障而拒动时，同样可以在发生线路短路故障时可以通过断开第三隔离开关KI3来实现短路限制。

优选地，本实施例中所采用的各种开关元件，包括所述第一高速开关K1和所述第二高速开关K2，可分别优选为电子开关、机械式动作开关和物理式动作开关中的任意一种。

本实施例提供的短路电流限制及保护装置，可通过控制器智能检测当前线路电流的情况，并用于控制高速开关、隔离开关以及接触器的开通或关断的切换。并且，本实施例提供的短路电流限制及保护装置可由多个电网限流装置串联组成，只要一个电网限流装置正确动作，就能保证后续的电网限流装置安全动作，随着每一个电网限流装置的动作，相应的减轻后续电网限流装置开断的短路电流幅值。在排除短路故障后，无需停电更换元件即可恢复电网的正常运行，提高了电网运行的可靠性，此外，将多个电网限流装置串联，能够进一步地提高电网限流器的限流性能，因此进一步的提高了电网运行的可靠性。

需要说明的是，所述附图仅仅是示意性的并且是非限制性的。说明书和权利要求书中的术语第一、第二等被用来在相似元素之间进行区分，且不一定被用来描述顺序或时间次序。这些术语在适当的情况下是可互换的，并且本实用新型的各实施例能够按照除了本文所述或所示之外的顺序或走向来操作。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种短路电流限制及保护装置，其特征在于，包括：相互串接的限流电抗器和第一高速开关；

所述限流电抗器的两端分别并联有第一金属氧化物变阻器、吸收电容器和第二高速开关；

所述第一高速开关两端设有一并联支路，所述并联支路包括阻容吸收电路、第二金属氧化物变阻器和晶闸管电路；所述第一高速开关与所述阻容吸收电路、所述第二金属氧化物变阻器以及所述晶闸管电路分别并联；所述第一高速开关两端还并联有一接触器；

所述限流电抗器的母线入线侧还串接有第一隔离开关；所述第一高速开关的母线出线侧还串接有第二隔离开关。

2.根据权利要求1所述的短路电流限制及保护装置，其特征在于，所述阻容吸收电路包括电阻器和电容器组，所述电阻器和电容器组串联连接；

所述电容器组包括多个相互串联或并联的电容器。

3.根据权利要求2所述的短路电流限制及保护装置，其特征在于，所述晶闸管电路包括一个或多个串联的反并联晶闸管。

4.根据权利要求3所述的短路电流限制及保护装置，其特征在于，还包括一个或多个连接在母线出线侧的电流互感器。

5.根据权利要求4所述的短路电流限制及保护装置，其特征在于，还包括控制器和电容式电压互感器；

所述控制器与所述电流互感器和所述电容式电压互感器分别连接；

所述电容式电压互感器还连接在所述限流电抗器与所述第一高速开关的串接点上。

6.根据权利要求4所述的短路电流限制及保护装置，其特征在于，还包括一旁路开关；所述旁路开关的一端连接在母线入线侧，另一端连接在母线出线侧。

7.根据权利要求4所述的短路电流限制及保护装置，其特征在于，所述第二高速开关还串联有第三隔离开关。

8.根据权利要求1至7任一项所述的短路电流限制及保护装置，其特征在于，所述第一高速开关和所述第二高速开关分别为电子开关、机械式动作开关和物理式动作开关中的任意一种。