大容量智能高速开断装置的制作方法

xiaoxiao2020-9-10  9

专利名称:大容量智能高速开断装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用在发电和供电系统,特别是短路电流较大电网系统中的开断装
置,具体涉及一种大容量智能高速开断装置,在发电和供电系统发生短路时,用来快速切断短路电流。
背景技术
现有用于电网中的开断装置是在控制器检测到短路的前提下,发出开断指令,快速开断实现截流。现有技术的控制器判据是电流(电流是正弦波)变化率即di/dt,通过积分电路计算,积分电路的特点是只有在电流过O时才能开始计算,在O点短路的概率是无穷大分之,那么现有技术的控制器几乎不可能在第一个波检测到短路电流,也就不可能在1/4个周波实现开断截流。这样一旦发生短路事故对系统的冲击和危害很大。目前,在发电和供电系统发生短路时,主要是利用断路器来切断短路电流。它的主要问题是断路器的开断时间过长,而且没有限流功能。在某些情况下,断路器虽然开断了短路电流,但发电机或变压器的绕组已在此前1 2个周波的短路电流冲击下被烧损,国内有多次此类事故的实例。

发明内容
针对上述已有技术中的问题,本发明的目的在于提供一种大容量智能高速开断装置,它以电流瞬时值和电流变化率di/dt为判据,通过对电流跟踪和波形还原,可在1/4个工频周波内,将短路电流迅速切断,使电气设备得到可靠保护(切断时,短路电流尚处于起始阶段,远未达到预期值)。 本发明为实现其目的所采取的技术方案为 大容量智能高速开断装置,包括高速隔离器、特种熔断器和限压器,三者并联连接; 暂态电流互感器LH,用于检测母线短路电流信号并实时发送到控制器; 脉冲变压器,用于接受控制器点火指令并点火使高速隔离器开断; 所述控制器包括主测模块、主控模块、执行模块和高压模块,各模块之间通过总线
系统传输数据或指令。 所述主测模块包括比较单元和检测单元;比较单元中存储了预先整定电网系统短路电流及其摸拟波形;检测单元实时检测A、 B、 C三相电流的强度及相位,并同比较单元预先整定的短路电流波形进行比较,如果出现任意两相实际电流在预先整定的短路电流波形之外,则立即判定电网系统发生相间短路,立即锁定故障相别,并通过总线系统向其它模块发出指令和信号。 所述主控模块用于实时不间断的接收主测模块通过总线系统发来的数据进行处理判别;实时不间断的判别接收到的信息是否干扰信号或真实短路故障信号,如判别是真实短路故,则立即通过总线系统向执行模块和高压模块发送点火指令。
所述总线系统还与LCD屏显示界面人机操作界面联接,实时显示故障及动作。
本发明利用电流跟踪和波形还原技术方案,实时跟踪设备运行电流波形的相位,通过预先整定电网系统短路电流并摸拟出波形同实时检测三相电流强度和相位进行比较,如果出现两相电流的波形在预先整定的短路电流波形外,则可以判断出系统发生短路,可在min 55iis max 110 y s完成开断快速测算表决。驱动脉冲变压器及雷管点火,在min5 ii s max 50 y s时间内,炸药爆炸开断。 本发明的有益效果具有很强的开断短路电流的能力,以电流瞬时值和电流变化率di/dt为判据,通过电流跟踪和波形还原,可在1/4个工频周波内,将短路电流迅速切断,切断时,短路电流尚处于起始阶段,远未达到预期值,使电气设备得到可靠保护。


以下结合附图和具体实施方式
对本发明进一步详细说明。 图1为本发明电路结构示意图; 图2为本发明控制器原理结构示意图; 图3(a、b、C)为本发明装置运行的截止电流和截止时间曲线图; 图4本发明用于发电机出口短路保护示意图; 图5本发明用于发电厂分支母线及厂用变电所的保护示意图; 图6本发明用于旁路限流电抗器示意图; 图7本发明用于分段母线闭环运行示意图。
具体实施例方式
参见图1,本发明包括高速隔离器3,特种熔断器4和限压器5,三者并联连接;暂态电流互感器LH6,用于检测母线短路电流信号并实时发送到控制器2;脉冲变压器1,用于接受控制器点火指令并点火使高速隔离器开断。
本发明电路工作原理如下 1、当电网系统发生短路时,暂态电流互感器LH6检测到短路电流信号并实时的发送到控制器2 ; 2、控制器2对暂态电流互感器LH6发送过来的信号进行计算比较,并及时发出指令驱动脉冲变压器1点火。 3、高速隔离器3在脉冲变压器1点火后开断,这时短路电流转向特种熔断器4,特
种熔断器4通流瞬间立即熔断,特种熔断器4在熔断的同时建立很高的弧压; 4、特种熔断器4熔断时建立很高的弧压使限压器5开通(限压器开通电压为电网
系统电压的2. 4至2. 5倍),限压器5 —开通,特种熔断器熔断时产生的电弧熄灭; 5、这时电网系统短路电流实现了转移,并衰减至0。完成上述整个过程的时间在
5ms内。 控制器2包括主测模块21、主控模块22、执行模块24和高压模块25,各模块之间通过总线系统23传输数据或指令,总线系统还与LCD屏显示界面26 (人机操作界面)联接,实时显示故障及动作,如图2所示。 主测模块21包括比较单元和检测单元;比较单元中存储了预先整定电网系统短路电流及其摸拟波形;检测单元实时检测A、 B、 C三相电流的强度及相位,并同比较单元预
4先整定的短路电流波形进行比较,当出现任意两相实际电流在预先整定的短路电流波形之 外,则立即判定电网系统发生相间短路,锁定故障相别,并通过总线系统向其它模块发出指 令和信号。 主控模块22用于实时不间断的接收主测模块通过总线系统发来的数据并进行处 理判别;实时不间断的判别接收到的信息是否干扰信号或真实短路故障信号,如判别是真 实短路故障,则立即通过总线系统向执行模块和高压模块发送点火指令。
控制器2的工作原理 1、主测模块21实时检测A、B、C三相电流的强度及相位,并同预先整定的短路电流
波形进行比较,如果出现任意两相实际电流在预先整定的短路电流波形之外,则立即判定
系统发生相间短路,并不断地通过STD-1000总线系统23向其它模块传送数据; 2、当主测模块21检测到系统发生相间短路时,立即锁定故障相别; 3、同时通过主控模块22进行计算处理,通过STD-1000总线系统23发出点火指
令,并发出报警; 4、执行模块24在接到指令后立即启动点火控制电源驱动高压模块25储能。
5、高压模块25储能后立即驱动脉冲变压器1及雷管点火,完成开断。
6、 LCD屏显示界面26 (人机操作界面)实时显示故障及动作。
7、以上所有步骤完成时间在微秒级。 本发明运用电流跟踪、波形还原和判定锁定,在1/4个工频周波内,将短路电流迅 速切断,使电气设备得到可靠保护,图3a、b、 c表示在一个工频周波中的不同区间内,装置
运行的截止电流和截止时间;图中
S。预期短路电流波形;
S2 :实际短路电流波形;
S3 :实际运行电流峰值; S4 :启动电流加其它负载电流之和的曲线; S5 :预先整定短路电流曲线; Is :实际短路电流起始值; Ip :实际短路电流点火截流起点值; t。短路电流达到动作值(短路电流瞬时值和短路电流增长率)时所需时间;
^ :电流上升截止点时间;
t2 :电流衰减到零的时间。 本发明克服了断路器存在的诸多问题。本发明装置单台额定电流可达5000A,多台 并联使用可获得更大的额定工作电流,具有开断预期为200kA以上短路电流的能力,可将 短路电流的实际值控制在预期值的20% 50%。装置的开断截流时间仅为5ms。开断电流 大,开断时间短这两大特点,从根本上解决了长期困扰电力系统和大电力用户的问题。避免 了巨大短路电流对主设备的灾难性冲击,避免了因主设备烧毁而引发的大面积停电,改变 了仅通过继电保护装置保护一次设备的传统,可满足现代电力系统的发展需求。本发明适 用于电力系统和各行业的用电大户。
以下为几个实用示例
1 、发电机出口短路保护
5
发电机出口短路时,由发电机提供的短路电流很大,而且非周期分量所占比例近
50%以上,普通断路器无法使用。目前的办法一是封闭母线,二是采用高价的发电机专用断
路器。但前者运行不灵活,变压器侧断路器操作频繁、寿命短、检修不便;后者虽然短路故障
可以开断,但其它电气设备仍有可能在1-2周波的短路电流作用下损坏。 本发明开断容量大,而且对非周期分量同样具有极强的开断能力,使发电机、变压
器得到快速有效的保护,参见图4,图中KD为本发明装置。 2 、发电厂分支母线及厂用变电所的保护 当发电厂分支母线发生相间短路时,发电机和系统同时向故障点提供短路电流, 短路电流比发电机出口短路时更大,采用封闭母线投资大,操作和维护不方便,采用发电机 专用断路器,开断时间长,不限流。采用本发明可以解决上述问题。励磁变分支与同步发电 机的端口应用与此类似,参见图5,图中KD为本发明装置。
3、用于旁路限流电抗器 限流电抗器在限制故障电流的同时,存在三个问题,一是能耗损失大,常年运行是 一笔不小的开支;二是大型设备启动时,电抗器上压降很大,影响供电质量;三是无功损耗 大,使电网系统功率因素下降,需增加电容器进行无功补偿。 若在电抗器上并联一台本发明装置,运行时电抗器即被短路,电抗器上电流很小,
能耗降低,可以避免大负荷投运时的压降,同时还改善了电网系统的功率因素。 当系统短路时,本发明装置快速开断,电抗器投入运行,限制短路电流,同时保证
重要用户供电不间断。 在新建电网系统中,设计时可加大电抗器阻抗,以减小负荷侧断路器的开断电流, 节约投资,参见图6,图中KD为本发明装置。 4、用于分段母线闭环运行,降低系统扩建或并列运行的投资 利用本发明装置可使分段母线闭环运行。这种运行方式能提高供电可靠性,能均
衡多台变压器的负荷,能减小大负荷启动时产生的压降,保证供电质量。 当电网系统发生短路时,本发明装置即将两段母线快速分裂开。这样,在变电站扩
建或增容时,改装负荷侧断路器只需要考虑开断单台变压器的短路电流,无须更换所有断
路器,可节约投资,参见图7,图中KD为本发明装置。
权利要求
大容量智能高速开断装置,包括高速隔离器、特种熔断器和限压器,三者并联连接;暂态电流互感器LH,用于检测母线短路电流信号并实时发送到控制器;脉冲变压器,用于接受控制器点火指令并点火使高速隔离器开断;其特征在于,所述控制器包括主测模块、主控模块、执行模块和高压模块,各模块之间通过总线系统传输数据或指令。
2. 根据权利要求2所述的大容量智能高速开断装置,其特征在于所述主测模块包括比较单元和检测单元;比较单元中存储了预先整定电网系统短路电流及其摸拟波形;检测单元实时检测A、 B、 C三相电流的强度及相位,并同比较单元预先整定的短路电流波形进行比较,当出现任意两相实际电流在预先整定的短路电流波形之外,则立即判定电网系统发生相间短路,锁定故障相别,并通过总线系统向其它模块发出指令和信号。
3. 根据权利要求1所述的大容量智能高速开断装置,其特征在于所述主控模块用于实时不间断的接收主测模块通过总线系统发来的数据并进行处理判别;实时不间断的判别接收到的信息是否干扰信号或真实短路故障信号,如判别是真实短路故障,则立即通过总线系统向执行模块和高压模块发送点火指令。
4. 根据权利要求l-3任一项所述的大容量智能高速开断装置,其特征在于所述总线系统还与LCD屏显示界面人机操作界面联接,实时显示故障及动作。
全文摘要
本发明公开了一种大容量智能高速开断装置,主要解决现有断路器的开断时间过长的问题,运用电流跟踪和波形还原原理,通过预先在控制器中整定电网系统短路电流并摸拟出波形,同实时检测三相电流强度和相位进行比较,若出现两相电流的波形在预先整定的短路电流波形外,则可以判断出系统发生短路;在min 55μs、 max 110μs完成开断快速测算表决,驱动脉冲变压器及雷管点火,在min 5μs、max 50μs时间内,炸药爆炸开断。本发明具有很强的开断短路电流的能力,可在1/4个工频周波内,将短路电流迅速切断,切断时,短路电流尚处于起始阶段,远未达到预期值,使电气设备得到可靠保护。
文档编号H02H7/26GK101707359SQ20091011636
公开日2010年5月12日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者郭道胜 申请人:郭道胜

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