CN117526237A - 一种环保型发电机出口断路器拓扑结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保型发电机出口断路器拓扑结构，包括并联连接的多条分流支路，任意一条分流支路包括依次串联连接的均流电感、快速真空断路器模块及空气式断路器模块。本发明利用空气式断路器的高电弧电压来加速发电机源故障电流快速过零，为真空断路器过零熄弧创造条件；在各支路空气式断路器开断不同步时，通过均流电感自动抑制电流从先开断支路向后开断支路的转移，达到自动均衡电流的效果；考虑真空和空气的不同介质恢复速度，通过分压电容和避雷器保障弧后瞬态恢复电压主要由真空断路器承担。本发明发挥空气式断路器的高弧压优势来阻尼电流过零，发挥真空断路器的快速介质恢复特性来承担瞬态恢复电压，具有环境友好、开断速度快等优势。

Description

一种环保型发电机出口断路器拓扑结构

技术领域

本发明属于电气设备技术领域，具体涉及一种环保型发电机出口断路器拓扑结构。

背景技术

随着600MW至1000MW的大容量发电机逐渐被应用于电厂，大容量发电机断路器成为保障发电机、变压器安全可靠运行的核心装备。目前主流的大容量发电机断路器通常为六氟化硫断路器，可以产生高达几千伏的电弧电压加速电流过零。但同时，六氟化硫的使用会加剧温室效应，且大容量六氟化硫断路器的技术长期被外国公司垄断。为替代六氟化硫断路器，本发明提出环保型大容量发电机断路器拓扑结构及其控制策略。

空气式断路器具有环境友好的优点，但单个空气式断路器无法承受大容量发电机出口短路电流水平，且无法承担电流开断后的高瞬态恢复电压；而快速真空断路器介质恢复速度快，可以承受高瞬态恢复电压。

结合上述特点，本发明提出了一种基于快速真空断路器和空气式断路器的多支路环保型发电机出口断路器拓扑结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种环保型发电机出口断路器拓扑结构，采用多支路分流弥补了空气式断路器电流水平不足的缺陷，并通过快速真空断路器承受电流开断后的瞬态恢复电压防止电弧重燃，具有环境友好、加速电流过零能力强、开断速度快等优势，可以满足大容量发电机出口处的保护要求。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种环保型发电机出口断路器拓扑结构，其特征在于：包括并联连接的多条分流支路，任意一条所述分流支路包括依次串联连接的均流电感L、快速真空断路器模块T₁及空气式断路器模块T₂，所述快速真空断路器模块T₁由快速真空断路器FVS、分压电容C₁和避雷器MOV₁并联构成；所述空气式断路器模块T₂由空气式断路器ACB、分压电容C₂和避雷器MOV₂并联构成。

而且，所述多条分流支路的均流电感L的流经电流均相同。

而且，任意两条所述分流支路的均流电感L_m和L_n(m≠n)的取值依据为：

U_ACB·ΔT/L＜ΔI；

其中：U_ACB为空气式断路器模块的电弧电压；

L为L_m+L_n的取值；

ΔT为任意两条分流支路上的空气式断路器模块T_m2和T_n2的开断时间差；

ΔI为允许T_m2和T_n2间电流转移的最大值；

当T_m2和T_n2开断不同步时，L_m+L_n抑制电流从先关断器件向后关断器件的转移。

而且，任意一条所述分流支路中，分压电容C₁的容量小于分压电容C₂的容量，避雷器MOV₁的额定电压大于避雷器MOV₂的额定电压，快速真空断路器FVS承担主要瞬态恢复电压。

而且，任意一条所述分流支路中的空气式断路器ACB同时接收控制***的分闸指令。

而且，任意一条所述分流支路中空气式断路器ACB和快速真空断路器FVS的动作顺序为：

1)检测到故障发生后，控制***首先向各分流支路上的空气式断路器ACB同时发出分闸指令，使空气式断路器ACB动作；

2)预测到电流过零点后，控制***在接近电流过零点时刻同时向各分流支路上的快速真空断路器FVS发出分闸指令。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的环保型发电机出口断路器拓扑结构，利用空气式断路器的高弧压特点模拟六氟化硫弧压，阻尼短路电流快速过零，从而替代六氟化硫气体，具有环境友好的特点。

2、本发明的环保型发电机出口断路器拓扑结构，通过在并联连接的多条分流支路上装设均流电感，可以抑制由于空气式断路器模块开断不同步导致的电流转移，实现电流自动均衡。

3、本发明的环保型发电机出口断路器拓扑结构，利用真空介质比空气恢复速度快的特点，通过合理设计快速真空断路器模块T1和空气式断路器模块T2内的分压电容和避雷器，保障瞬态恢复电压主要由真空断路器承担，降低重击穿风险，提高开断可靠性。

附图说明

图1为本发明的电路结构图；

图2为本发明实施例的电路结构示意图；

图3(a)为未装设空气式断路器时的故障电流波形图，图3(b)为装设本发明实施例后的故障电流波形图；

图4为本发明实施例中空气式断路器和快速真空断路器断口上的电压波形图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1为本发明的拓扑结构图，如图2所示，将本发明环保型发电机出口断路器拓扑结构接入可以产生具有较高直流偏置交流电流的电路中。

本发明实施例中，一种环保型发电机出口断路器拓扑结构，包括第一分流支路均流电感L₁、快速真空断路器模块T₁₁、空气式断路器模块T₁₂及第二分流支路均流电感L₂、快速真空断路器模块T₂₁、空气式断路器模块T₂₂；

所述第一分流支路快速真空断路器模块T₁₁由快速真空断路器FVS₁、分压电容C₁₁和避雷器MOV₁₁并联构成，所述第一分流支路空气式断路器模块T₁₂由空气式断路器ACB₁、分压电容C₁₂和避雷器MOV₁₂并联构成；

所述第二分流支路快速真空断路器模块T₂₁由快速真空断路器FVS₂、分压电容C₂₁和避雷器MOV₂₁并联构成，所述第二分流支路空气式断路器模块T₂₂由空气式断路器ACB₂、分压电容C₂₂和避雷器MOV₂₂并联构成；

本发明实例中，第一分流支路均流电感L₁与第二分流支路均流电感L₂的流经电流相同，实现静态电流均衡。

本发明实例中，第一分流支路均流电感L₁与第二分流支路均流电感L₂的取值依据为：

U_ACB·ΔT/L＜ΔI；

其中：U_ACB为空气式断路器模块电弧电压；

L为L₁+L₂的取值；

ΔT为两条分流支路上的空气式断路器模块T₁₂和T₂₂的开断时间差；

ΔI为允许T₁₂和T₂₂间电流转移的最大值；

当T₁₂和T₂₂开断不同步时，L₁+L₂抑制电流从先开断器件向后开断器件的转移，实现动态电流自动均衡。

本发明实例中，分压电容C₁₁与C₁₂的容量比和C₂₁与C₂₂的容量比均为1：10，避雷器MOV₁₁与MOV₁₂的额定电压比和MOV₂₁与MOV₂₂的额定电压比均为10：1，即C₁₁:C₁₂＝C₂₁:C₂₂＝1:10，U_{N_MOV11}:U_{N_MOV12}＝U_{N_MOV21}:U_{N_MOV22}＝10:1。

本发明实例中，控制***同时向空气式断路器ACB₁与ACB₂发出分闸指令。

本发明实例中，控制***同时向快速真空断路器FVS₁与FVS₂发出分闸指令。

本发明实例中，在检测到故障发生后，控制***首先向空气式断路器ACB₁和ACB₂同时发出分闸指令，使空气式断路器动作；预测到电流过零点后，控制***在接近电流过零点时刻同时向快速真空断路器FVS₁与FVS₂发出分闸指令，保证真空断路器燃弧时间短、燃弧能量小，有利于弧后介质强度恢复。

对本发明的发电机出口断路器拓扑结构进行仿真模拟，其仿真参数设置为：分压电容C₁₁＝C₂₁＝0.1μF，C₁₂＝C₂₂＝1μF；避雷器额定电压U_{N_MOV11}＝U_{N_MOV21}＝22kV，U_{N_MOV12}＝U_{N_MOV22}＝2.2kV；空气式断路器模块电弧电压U_ACB值为1.5kV，均流电感L₁＝L₂＝100μH；在故障后0.016s时刻向空气式断路器ACB₁与ACB₂发出分闸指令；在接近电流过零时刻向快速真空断路器FVS₁与FVS₂发出分闸指令。

图3示出本发明提供的发电机出口断路器拓扑结构在具体实施例中的故障电流波形。图3(a)示出不装设空气式断路器时的故障电流波形，故障电流约在0.1s时刻过零开断；图3(b)示出装设空气式断路器后的故障电流波形，故障电流约在0.036s时刻过零开断，空气式断路器的电弧电压有效加速发电机源故障电流快速过零。

图4示出本发明提供的发电机出口断路器拓扑结构在具体实施例中空气式断路器和快速真空断路器断口上的电压波形，可知，在电流过零熄弧后，瞬态恢复电压主要由快速真空断路器承担。

本发明的环保型发电机出口断路器拓扑结构，利用空气式断路器的高弧压特点模拟六氟化硫弧压，阻尼短路电流快速过零，从而替代六氟化硫气体，具有环境友好的特点。

本发明的环保型发电机出口断路器拓扑结构，通过在并联连接的多条分流支路上装设均流电感，可以抑制由于空气式断路器模块开断不同步导致的电流转移，实现电流自动均衡。

本发明的环保型发电机出口断路器拓扑结构，利用真空介质比空气恢复快的特点，通过合理设计快速真空断路器模块T_n1和空气式断路器模块T_n2内的分压电容和避雷器，保障瞬态恢复电压主要由真空断路器承担，降低重击穿风险，提高开断可靠性；

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种环保型发电机出口断路器拓扑结构，其特征在于：包括并联连接的多条分流支路，任意一条所述分流支路包括依次串联连接的均流电感L、快速真空断路器模块T₁及空气式断路器模块T₂，所述快速真空断路器模块T₁由快速真空断路器FVS、分压电容C₁和避雷器MOV₁并联构成；所述空气式断路器模块T₂由空气式断路器ACB、分压电容C₂和避雷器MOV₂并联构成。

2.根据权利要求1所述的环保型发电机出口断路器拓扑结构，其特征在于：所述多条分流支路的均流电感L的流经电流均相同。

3.根据权利要求1所述的环保型发电机出口断路器拓扑结构，其特征在于：任意两条所述分流支路的均流电感L_m和L_n(m≠n)的取值依据为：

U_ACB·ΔT/L＜ΔI；

其中：U_ACB为空气式断路器模块的电弧电压；

L为L_m+L_n的取值；

ΔT为任意两条分流支路上的空气式断路器模块T_m2和T_n2的开断时间差；

ΔI为允许T_m2和T_n2间电流转移的最大值；

当T_m2和T_n2开断不同步时，L_m+L_n抑制电流从先关断器件向后关断器件的转移。

4.根据权利要求1所述的环保型发电机出口断路器拓扑结构，其特征在于：任意一条所述分流支路中，分压电容C₁的容量小于分压电容C₂的容量，避雷器MOV₁的额定电压大于避雷器MOV₂的额定电压，快速真空断路器FVS承担主要瞬态恢复电压。

5.根据权利要求1所述的环保型发电机出口断路器拓扑结构，其特征在于：任意一条所述分流支路中的空气式断路器ACB同时接收控制***的分闸指令。

6.根据权利要求1所述的环保型发电机出口断路器拓扑结构，其特征在于：任意一条所述分流支路中空气式断路器ACB和快速真空断路器FVS的动作顺序为：

1)检测到故障发生后，控制***首先向各分流支路上的空气式断路器ACB同时发出分闸指令，使空气式断路器ACB动作；

2)预测到电流过零点后，控制***在接近电流过零点时刻同时向各分流支路上的快速真空断路器FVS发出分闸指令。