CN111092416B - 一种高压短路电流限制装置及控制方法 - Google Patents

一种高压短路电流限制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压短路电流限制装置及控制方法，包括至少1个快速开关模块和至少1个限流电抗器并联，1个快速开关支路电流检测装置，1个总电流检测装置。每个快速开关模块包括2个电磁斥力快速开关串联，2个均压电容，1个储能及控制单元和1个隔离供能变压器。每个限流电抗器可与全部快速开关模块串联支路并联，也可以与其中1个快速开关模块并联，还可以与1个电磁斥力快速开关并联。通过上述装置，可实现高电压等级下的短路电流快速抑制作用，并可根据实际应用场合灵活调整快速开关模块和限流电抗器的数量和接线方式，限流深度灵活可控，结构简单，易于实现高压短路电流的抑制。

Description

一种高压短路电流限制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及交流电力***短路故障限流领域，尤其涉及一种高压短路电流限制装置及控制方法。
背景技术
在各种各样的电力***事故中，短路是危及电力***安全稳定运行、导致大面积停电事故最为常见的严重故障之一。短路故障对电力***破坏的严重程度，主要取决于短路电流的大小。近年来，随着我国电力建设的不断发展、用电负荷不断增加、低阻抗大容量变压器的应用、发电厂及发电机单机容量的不断增大以及各大区电网的互联等，使得电力***中的短路电流水平不断提高，许多地区特别是沿海经济发达地区电网的短路电流水平已经直逼甚至超过电力规程所规定的最大允许水平的严重情况，给电力***安全、稳定运行以及电力***中各种电气设备如断路器、变压器、变电站母线、线路构架、导线和支承绝缘子以及接地网等提出了更为苛刻的要求，并已成为我国各大区电网，特别是经济发达地区电力***安全、稳定运行的严重隐患和关键技术难题之一，同时在某些情况下实际上已成为制约电力建设和进一步发展的瓶颈。
宏观上讲,有效限制短路电流不仅仅可以解决电力***短路容量超标问题,而且还可能大大降低电网中各种电气设备如变压器、断路器等对短路电流的设计容量标准,从而带来更大的经济效益和社会效益。因此对短路电流的限流技术,长期以来都是国内外电力***和科研工作者关注的一个热点问题。
故障限流器是一种串接在线路中的电气设备,与普通限流电抗器相比,它具备启动、正常运行以及从故障限流状态返回到正常运行状态时应对电力***无任何不利影响。目前故障限流器根据构成原理可分为：超导限流器、固态限流器、PTC热敏电阻限流器和电弧电流转移型限流器。虽然各种原理的故障限流器构成不同，但基本都是以最终在短路回路中投入阻抗的方式进行限流，只是投入阻抗的方式不同，如采用超导材料的失超投入阻抗、采用电力电子半导体器件投入阻抗以及采用快速开关转移短路电流投入阻抗等等。
超导限流器优点是检测、转换、限流一体化，能在毫秒级内起到限流作用，但高压应用、电流整定困难；固态限流器反应速度快，切除故障后能自动退出，但依赖故障检测设备，切除故障产生很高过电压，电力电子开关串并联技术难度大，可靠性不高；PTC热敏电阻结构简单，无需故障检测设备，反应速度快，但过电压大，重复使用性差，高压难以应用；电弧电流转移型拓扑结构相对简单，正常运行损耗小，但受电弧电压影响较大，高电压场合不适用。
采用机械开关并联电抗器型的故障限流装置损耗低，但由于高压机械开关分闸时间长达数十个毫秒，无法满足快速限流的需要。
基于上述问题，本案由此产生。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种高压短路电流限制装置及控制方法，正常工作时损耗小，采用多断口串联和隔离供能，将快速开关操作控制机构与开关本体均放置于高电位，取消了快速开关的绝缘拉杆，大大提升了快速开关的分闸速度，能够实现高压快速限流和限流深度的灵活控制。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高压短路电流限制装置，包括至少1个快速开关模块，至少1个限流电抗器；
所述快速开关模块之间串联连接；
所述限流电抗器与快速开关模块并联；
所述快速开关模块包括：2个电磁斥力快速开关、1个储能单元和1个隔离供能变压器；所述2个电磁斥力快速开关串联连接；所述2个电磁斥力快速开关无绝缘拉杆，由同1个储能单元提供分、合闸所需电磁脉冲能量；所述储能单元与2个电磁斥力开关串联中间点等电位；所述隔离供能变压器输出端接储能单元，输入端接地电位电能。
进一步地，所述快速开关模块还包括2个均压电容，所述2个均压电容分别并联在所述2个电磁斥力开关两端。
进一步地，所述限流电抗器只有一个，所述限流电抗器与全部快速开关模块串联后的支路并联。
进一步地，所述限流电抗器数量与快速开关模块一致；所述限流电抗器与单个快速开关模块并联。
进一步地，所述快速开关模块数量为限流电抗器数量的N倍，其中，N为整数且大于等于2；所述限流电抗器与N个快速开关模块并联，构成并联单元，所述并联单元之间串联。
进一步地，所述限流电抗器数量与电磁斥力开关数量一致；所述限流电抗器与单个电磁斥力开关并联。
进一步地，上述的一种高压短路电流限制装置还包括1个快速开关支路电流检测装置，1个总电流检测装置；所述快速开关支路电流检测装置测量快速开关支路电流，所述总电流检测装置测量***线路电流。
进一步地，所述装置还包括1套总控***；所述总控***接收快速开关支路电流检测装置和总电流检测装置信号，并对电流信号进行判断；所述总控***连接所述快速开关模块中的储能单元，发送快速开关动作命令，并接收快速开关位置状态、储能状态信号。
本发明同时提出了一种高压短路电流限制装置的控制方法，所述控制方法具体包括以下步骤：
第1步：快速开关模块处于合位，***电流流过快速开关；
第2步：***发生短路故障，所述总电流检测装置或快速开关模块支路电流检测装置将电流信号发送至总控***，所述总控***根据电流判据判断短路电流是否达到动作门槛值；到达门槛值后，总控***向每个快速开关模块中储能及控制发送分闸指令，电磁斥力开关快速分闸到额定开距，待电流过零后自然将电流转移至限流电抗器；
第3步：短路故障切除后，所述总控***根据***电压和电流恢复至正常值后控制快速开关模块合闸，重新将限流电抗器旁路。
进一步地，所述第2步中的电流判据包括：电流幅值、相位和/或电流变化率判据。
本发明还提出了一种高压短路电流限制装置的控制方法，所述控制方法具体包括以下步骤：
第21步：快速开关模块处于合位，***电流流过快速开关；
第22步：***发生短路故障，所述总电流检测装置或快速开关模块支路电流检测装置将电流信号发送至总控***，所述总控***根据电流判据判断短路电流是否达到动作门槛值；到达门槛值后，总控***先向单个快速开关模块发送分闸指令，首先投入1组并联限流电抗器，如电流限制率达到要求则不再投入限流电抗器，如短路电流仍超标，总控***继续向其他快速开关模块发送分闸指令，相应的电磁斥力开关快速分闸将限流电抗器投入；
第23步：短路故障切除后，所述总控***根据***电压和电流恢复至正常值后控制快速开关模块合闸，重新将限流电抗器旁路。
进一步地，所述第22步中的电流判据包括：电流幅值、相位和/或电流变化率判据。
有益效果：
1、采用一拖二的快速开关模块，可根据实际电压等级和限流深度的要求灵活配置模块数量以及与限流电抗器的并联方式，易于高电压大电流等级的扩展；
2、采用隔离供能变压器方式，将快速开关模块的操作机构提升至高电位，取消机构绝缘部件，可大大缩短分闸时间，加快短路电流限制速度；3、采用隔离供能变压器，***不带电时，仍可以进行分合闸操作。
附图说明
图1本发明实施例提供的一种高压短路电流限制装置结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的一种高压短路电流限制装置中快速开关模块结构示意图一；
图3本发明实施例提供的一种高压短路电流限制装置结构示意图二；
图4本发明实施例提供的一种高压短路电流限制装置结构示意图三；
图5本发明实施例提供的一种高压短路电流限制装置结构示意图四；
其中：10-快速开关模块，20-总电流检测装置，30-快速开关支路电流检测装置，40-总控***，50-限流电抗器，101-均压电容，102-电磁斥力开关本体，103-快速开关储能单元，104-隔离供能变压器。
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。
本发明提出了一种高压短路电流限制装置。本发明实施例中，如图1、3和4所示，高压短路电流限制装置包含至少1个快速开关模块10，至少1个限流电抗器50，1个快速开关支路电流检测装置30和1个总电流检测装置20，1个总控***40。
本发明实施例中，如图2所示，快速开关模块包括2个电磁斥力开关102串联，2个电磁斥力开关由1套储能单元103提供分合闸能量，电磁斥力开关能够在5ms内分闸到额定开距。储能单元与2个电磁斥力开关串联中间点等电位，并由1个隔离供能变压器104提供所需电能。正常工作时，隔离供能变压器承受***对地工作电压，输入侧接地电位电源，输出侧接与快速开关一样处于***电压高电位的储能及控制单元，无需采用绝缘拉杆隔离电源，降低了快速开关分闸所需的操作功，显著提高分闸时间。
本发明实施例中，如图1所示，限流电抗器50与全部快速开关模块串联的总支路并联，每个快速开关模块中的电磁斥力开关均并联了均压电容101，保证多断口串联的均压一致性。
在另一实施例中，如图3所示，限流电抗器50与每个快速开关模块10并联，限流电抗器数量与快速开关模块数量一致。
在另一实施例中，如图4所示，限流电抗器50与快速开关模块中的每个电磁斥力开关并联，数量与电磁斥力开关一致，该实施例中由于每个电磁斥力开关均并联了相同的限流电抗器，则可取消均压电容。
在另一实施例中，如图5所示，所述快速开关模块数量为限流电抗器数量的N倍，其中，N为整数且大于等于2；所述限流电抗器与N个快速开关模块并联，构成并联单元，所述并联单元之间串联。本施例中N取2。
本发明实施例中，如图1所示，快速开关模块串联支路装有电流检测装置，外部装有总电流检测装置。
本发明实施例中，控制方法第1步：正常工作时，快速开关模块全部处于合位，电流流过快速开关，损耗非常小。
第2步：***发生短路故障，总电流检测装置或快速开关模块支路电流检测装置将电流信号发送至总控***，总控***根据电流幅值、电流变化率等判据判断短路电流是否达到动作门槛值。到达门槛值后，如图1所示，总控***向每个快速开关模块中储能及控制发送分闸指令，电磁斥力开关在5ms内分闸到额定开距，待电流过零后自然将电流转移至限流电抗器；在另一实施例中，如图3或4所示，总控***可先向单个快速开关模块发送分闸指令，首先投入1组并联限流电抗器，如电流限制率达到要求可不再投入限流电抗器，如短路电流仍超标，总控***可继续向其他快速开关模块发生分闸指令，相应的电磁斥力开关快速分闸将限流电抗器投入，从而可实现由浅到深的限流效果。
第3步：短路故障切除后，总控***根据***电压和电流恢复至正常值后控制快速开关模块合闸，重新将限流电抗器旁路。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种高压短路电流限制装置，其特征在于，包括至少1个快速开关模块，至少1个限流电抗器；
所述快速开关模块之间串联连接；
所述限流电抗器与快速开关模块并联；
所述快速开关模块包括：2个电磁斥力快速开关、1个储能单元和1个隔离供能变压器；所述2个电磁斥力快速开关串联连接；所述2个电磁斥力快速开关无绝缘拉杆，由同1个储能单元提供分、合闸所需电磁脉冲能量；所述储能单元与2个电磁斥力开关串联中间点等电位；所述隔离供能变压器输出端接储能单元，输入端接地电位电能。
2.根据权利要求1所述的一种高压短路电流限制装置，其特征在于，所述快速开关模块还包括2个均压电容，所述2个均压电容分别并联在所述2个电磁斥力开关两端。
3.根据权利要求1所述的一种高压短路电流限制装置，其特征在于，所述限流电抗器只有一个，所述限流电抗器与全部快速开关模块串联后的支路并联。
4.根据权利要求1所述的一种高压短路电流限制装置，其特征在于，所述限流电抗器数量与快速开关模块一致；所述限流电抗器与单个快速开关模块并联。
5.根据权利要求1所述的一种高压短路电流限制装置，其特征在于，所述快速开关模块数量为限流电抗器数量的N倍，其中，N为整数且大于等于2；所述限流电抗器与N个快速开关模块并联，构成并联单元，所述并联单元之间串联。
6.根据权利要求1所述的一种高压短路电流限制装置，其特征在于，所述限流电抗器数量与电磁斥力开关数量一致；所述限流电抗器与单个电磁斥力开关并联。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种高压短路电流限制装置，其特征在于，还包括1个快速开关支路电流检测装置，1个总电流检测装置；所述快速开关支路电流检测装置测量快速开关支路电流，所述总电流检测装置测量***线路电流。
8.根据权利要求7所述的一种高压短路电流限制装置，其特征在于，所述装置还包括1套总控***；所述总控***接收快速开关支路电流检测装置和总电流检测装置信号，并对电流信号进行判断；所述总控***连接所述快速开关模块中的储能单元，发送快速开关动作命令，并接收快速开关位置状态、储能状态信号。
9.基于权利要求8所述一种高压短路电流限制装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法具体包括以下步骤：
第1步：快速开关模块处于合位，***电流流过快速开关；
第2步：***发生短路故障，所述总电流检测装置或快速开关模块支路电流检测装置将电流信号发送至总控***，所述总控***根据电流判据判断短路电流是否达到动作门槛值；到达门槛值后，总控***向每个快速开关模块中储能及控制发送分闸指令，电磁斥力开关快速分闸到额定开距，待电流过零后自然将电流转移至限流电抗器；
第3步：短路故障切除后，所述总控***根据***电压和电流恢复至正常值后控制快速开关模块合闸，重新将限流电抗器旁路。
10.基于权利要求9所述一种高压短路电流限制装置的控制方法，其特征在于，所述第2步中的电流判据包括：电流幅值、相位和/或电流变化率判据。
11.根据权利要求8所述一种高压短路电流限制装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法具体包括以下步骤：
第21步：快速开关模块处于合位，***电流流过快速开关；
第22步：***发生短路故障，所述总电流检测装置或快速开关模块支路电流检测装置将电流信号发送至总控***，所述总控***根据电流判据判断短路电流是否达到动作门槛值；到达门槛值后，总控***先向单个快速开关模块发送分闸指令，首先投入1组并联限流电抗器，如电流限制率达到要求则不再投入限流电抗器，如短路电流仍超标，总控***继续向其他快速开关模块发送分闸指令，相应的电磁斥力开关快速分闸将限流电抗器投入；
第23步：短路故障切除后，所述总控***根据***电压和电流恢复至正常值后控制快速开关模块合闸，重新将限流电抗器旁路。
12.基于权利要求11所述一种高压短路电流限制装置的控制方法，其特征在于，所述第22步中的电流判据包括：电流幅值、相位和/或电流变化率判据。
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