CN213906300U - 一种首波快速限流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种首波快速限流装置，涉及高电压技术领域，用于在首波的波前阶段快速启动限制供电系统的工频短路电流。装置包含三个分相单元及一个公用单元：每个分相单元的一次回路由快速真空断路器支路、电感电容及触发器支路、氧化锌避雷器支路以及限流电抗器支路并联组成，每个分相单元的二次回路包含短路判定模块、触发器点火模块和斥力机构跳闸模块；公用单元包括公用控制模块及公用跳闸电源模块，用于精确控制分相单元的快速真空断路器的跳闸及触发器的点火。高频振荡电流适时叠加在首波工频短路电流上，使快速真空断路器在波前阶段的人工过零点快速开断及投入限流电抗器限制短路电流，进一步提高限流装置的有效性和短路耐受水平。

Description

一种首波快速限流装置

技术领域

本实用新型涉及高电压技术领域，具体为一种首波快速限流装置。

背景技术

当发电厂和变电站的供电系统发生短路故障时，系统中会产生高幅值的短路电流，随着电力工业的发展，系统短路电流水平逐年增长。有效限制短路电流、防止发电机和变压器因短路电流的电动力及热冲击而损毁，是高电压技术领域的重要课题。

短路电流限流装置(故障限流器)有多种原理和结构，按有效、可靠、经济、便利等多项要求，各有利弊，但目前在现场规模化应用的产品种类不多。

应用较多的一种装置是在限流电抗器上并联一个爆破切割式大电流高速开关(专利号2008200283439的中国专利)构成无损耗快速限流器：正常运行时，高速开关将限流电抗器旁路；发生短路故障时，高速开关及与之并联的限流熔断器在约1-4ms内开断，在工频第一大半波短路电流尚未上升到峰值之前将限流电抗器投入，发挥限流作用。优点是在短路电流首波的波前(5ms)时间内将电抗器投入，为高速限流，可充分保证发电机和变压器的安全；但不足之处是动作后需要更换动作部件。

另一种装置是在限流电抗器上并联一个首波过零开断的高速断路器(专利号2017105299367的中国专利)构成零损耗深度限流装置。该装置的优点是动作后无需更换备件，可重复动作；但基于短路电流过零点开断的基本原理，动作时间为7-15ms，在流过第一大半波短路电流后才将电抗器投入，对第一大半波短路电流无限流作用。

因此，现场需要同时具有以上两种装置的优点的限流装置，即既能在首波的波前动作、动作后又无需更换备件、可重复使用的快速限流装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无损耗运行、电动力冲击小、可靠快速、容易控制的首波快速限流装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

所述首波快速限流装置包括一个A相单元、一个B相单元、一个C相单元及一个公用单元。

所述A相单元、B相单元、C相单元结构相同，各包含等同配置的一个一次组件和一个二次组件。

所述A相单元、B相单元、C相单元的一次组件各由连接在主回路上的一台电压互感器和一台电流传感器、以及串接在主回路中的四个并联支路构成：第一并联支路为断路器支路，第二并联支路为振荡及触发器件支路，第三并联支路为过电压防护支路，第四并联支路为限流支路。

进一步的，所述电压互感器为电磁式电压互感器。

进一步的，所述电流传感器为罗果夫传感器。

进一步的，所述断路器支路由采用斥力机构的快速真空断路器构成。

进一步的，所述振荡及触发器支路由振荡电感、振荡电容器及触发器串联构成；所述振荡电容器两端并联有充电回路。

可选的，所述触发器为触发间隙或真空触发开关或晶闸管。

进一步的，所述过电压防护支路由氧化锌避雷器构成；所述限流支路由限流电抗器构成。

可选的，所述限流支路由限流电阻构成。

进一步的，所述A相单元、B相单元、C相单元的二次组件结构相同，各包含等同配置的一个积分器、一个短路判定模块、一个触发器点火模块和一个斥力机构跳闸模块。

进一步的，所述公用单元包含一个公用控制模块及一个公用跳闸电源模块，用于精确控制A相单元、B相单元和C相单元的快速真空断路器的跳闸及触发器的点火。

进一步的，所述公用跳闸电源模块的输出端同A相单元、B相单元和C相单元的斥力机构跳闸模块的输入端为并联关系，所述公用控制模块同时向A相单元、B相单元和C相单元的触发器点火模块输出同一个控制信号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)正常运行情况下，限流电抗器或限流电阻被快速真空断断路器旁路，为无损耗运行；

2)发生短路情况下，在工频短路电流首波波前阶段快速投入限流电抗器或限流电阻，有效限制第一大半波短路电流值，减小工频短路电流对主设备的电动力冲击；

3)依据电压u、电流变化率di/dt、电流i三判据判定系统是否发生了短路，可靠快速；

4)快速真空断断路器上并联氧化锌避雷器，限制快速真空断路器高频过零开断时，在断口及与之并联的限流电抗器上产生的高频过电压，防止断口重燃及熄弧失败；

5)A、B、C相斥力机构不是分别用一个跳闸电源模块，而是共用一个跳闸电源模块，减少了跳闸电源的设置数量，也简化了控制。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的另一实施例示意图；

图中：1-A、A相单元；1-B、B相单元；1-C、C相单元；2、公用单元；3-A、A相一次组件；4-A、A相二次组件；5-A、A相快速真空断路器；5-B、B相快速真空断路器；5-C、C相快速真空断路器；6、振荡电感；7、振荡电容器；8、触发器；9、充电回路；10、氧化锌避雷器；11-1、限流电抗器；11-2、限流电阻；12、电压互感器；13、电流传感器；14、积分器；15、短路判定模块；16、公用控制模块；17、公用跳闸电源模块；18、触发器点火模块；19-A、A相斥力机构跳闸模块；19-B、B相斥力机构跳闸模块；19-C、C相斥力机构跳闸模块；A₀、A相短路电流信号；B₀、B相短路电流信号；C0、C相短路电流信号。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参照附图1所示，本实用新型提供一种技术方案：一种首波快速限流装置，包括一个A相单元1-A、一个B相单元1-B、一个C相单元1-C和一个公用单元2。

所述A相单元1-A同B相单元1-B、C相单元1-C的结构等同，各包含等同配置的一个一次组件和一个二次组件。

以A相为例，所述A相单元1-A包含一个一次组件3-A和一个二次组件4-A。

所述A相单元的一次组件3-A由连接在主回路上的一台电压互感器12和一台电流传感器13、以及串接在主回路中的四个并联支路构成：第一并联支路为断路器支路，第二并联支路为振荡及触发器件支路，第三并联支路为过电压防护支路，第四并联支路为限流支路。

所述电压互感器12为电磁式电压互感器；

所述电流传感器13为罗果夫传感器；

所述断路器支路由采用斥力机构的快速真空断路器5-A/5-B/5-C构成；

所述振荡及触发器支路由振荡电感6、振荡电容器7及触发器8串联构成；

所述振荡电容器两端并联有充电回路9；

可选的，所述触发器8可为触发间隙或真空触发开关或晶闸管；

所述过电压防护支路由氧化锌避雷器10构成；

所述限流支路由限流电抗器11-1构成；

所述A相单元1-A的二次组件4-A包含一个积分器14、一个短路判定模块15、一个触发器点火模块18和一个A相斥力机构跳闸模块19-A。

所述B相单元1-B、C相单元1-C的二次组件同所述A相单元1-A的二次组件4-A结构等同。B相单元1-B的二次组件包含一个积分器14、一个短路判定模块15、一个触发器点火模块18和一个B相斥力机构跳闸模块19-B。C相单元1-C的二次组件包含一个积分器14、一个短路判定模块15、一个触发器点火模块18和一个C相斥力机构跳闸模块19-C。

所述公用单元包含公用控制模块16及公用跳闸电源模块17。

本实用新型的工作流程如下：

所述A相单元的电压互感器12向短路判定模块15提供系统电压U信号、所述电流传感器13向短路判定模块15提供电流变化率di/dt信号，所述积分器14向短路判定模块15提供电流i信号。所述短路判定模块15根据电压信号u、电流变化率di/dt信号、电流i信号及预先设定的判据，按照与门逻辑综合判断系统是否发生了短路。在确定发生了短路的情况下，将经过处理的A相短路电流信号A0送到公用控制模块16。与此同时，B相单元和C相单元分别将经过处理的B相短路电流信号B0和C相短路电流信号C0送到公用控制模块16。

公用控制模16块根据A0、B0、C0短路电流信号到达到设定阈值的先后，按照或门逻辑以最先达到设定值的某一相的时刻t1为准，首先向公用跳闸电源模块17发送信号，公用跳闸电源模块17的输出端同A相单元1-A、B相单元1-B和C相单元1-C的斥力机构跳闸模块的输入端为并联关系，公用跳闸电源模块17向并联在其输出端的A、B和C相斥力机构跳闸模块19-A、19-B和19-C同时输出跳闸电流，驱动串接在主回路的A、B、C相快速真空断路器5-A、5-B、5-C跳闸，快速真空断路器的分闸时间为4ms。

继而以A相为例，在经过设定的滞后时间Δt及快速真空断路器的触头有一定开距后，公用控制模块在t1+Δt时刻向触发器点火模块18发出启动指令，触发器点火模块18向触发器8发出点火脉冲，使振荡电容器7通过振荡电感6、触发器8及快速真空断路器5-A放电，产生高频振荡，振荡频率为1kHz数量级，高频振荡电流和流过快速真空断路器5-A的工频短路电流叠加，在工频短路电流达到峰值之前产生人工过零点，使快速真空断路器5-A高频过零开断；快速真空断路器5-A开断瞬间，在断口上会产生高频过电压，使与之并联的氧化锌避雷器10动作并吸收过电压能量；继而短路电流转移到与之并联的限流电抗器11-1中，从而达到在工频短路电流的首波波前阶段快速限流的目的。

B相快速断路器5-B和C相快速断路器5-C的开断过程和以上过程相同。

参照附图2所示，为本实用新型的另一种技术方案：和附图1相比，不同之处是限流支路由限流电阻11-2构成，其它部分和附图1完全相同，整个装置的原理及工作流程也和附图1相同。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种首波快速限流装置，其特征在于，包括一个A相单元、一个B相单元、一个C相单元及一个公用单元；

所述A相单元、B相单元、C相单元结构相同，各包含等同配置的一个一次组件和一个二次组件；

所述A相单元、B相单元、C相单元的一次组件各由连接在主回路上的一台电压互感器和一台电流传感器、以及串接在主回路中的四个并联支路构成。

2.根据权利要求1所述的一种首波快速限流装置，其特征在于，所述四个并联支路为：第一并联支路为断路器支路，第二并联支路为振荡及触发器件支路，第三并联支路为过电压防护支路，第四并联支路为限流支路。

3.根据权利要求2所述的一种首波快速限流装置，其特征在于，所述断路器支路由采用斥力机构的快速真空断路器构成；

所述振荡及触发器支路由振荡电感、振荡电容器及触发器串联构成；

所述过电压防护支路由氧化锌避雷器构成；

所述限流支路由限流电抗器或由限流电阻构成。

4.根据权利要求3所述的一种首波快速限流装置，其特征在于，所述振荡电容器两端并联有充电回路；所述触发器为触发间隙或真空触发开关或晶闸管。

5.根据权利要求1所述的一种首波快速限流装置，其特征在于，所述电压互感器为电磁式电压互感器，所述电流传感器为罗果夫传感器。

6.根据权利要求1所述的一种首波快速限流装置，其特征在于，所述A相单元、B相单元、C相单元各包含等同配置的一个积分器、一个短路判定模块、一个触发器点火模块和一个斥力机构跳闸模块。

7.根据权利要求1所述的一种首波快速限流装置，其特征在于，所述公用单元包含一个公用控制模块及一个公用跳闸电源模块，用于精确控制A相单元、B相单元和C相单元的快速真空断路器的跳闸及触发器的点火。

8.根据权利要求7所述的一种首波快速限流装置，其特征在于，所述公用跳闸电源模块的输出端同A相单元、B相单元和C相单元的斥力机构跳闸模块的输入端为并联关系，所述公用控制模块同时向A相单元、B相单元和C相单元的触发器点火模块输出同一个控制信号。

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