專利名稱：大容量智能高速開斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在發(fā)電和供電系統(tǒng)，特別是短路電流較大電網(wǎng)系統(tǒng)中的開斷裝
置，具體涉及一種大容量智能高速開斷裝置，在發(fā)電和供電系統(tǒng)發(fā)生短路時，用來快速切斷短路電流。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有用于電網(wǎng)中的開斷裝置是在控制器檢測到短路的前提下，發(fā)出開斷指令，快速開斷實現(xiàn)截流?，F(xiàn)有技術(shù)的控制器判據(jù)是電流(電流是正弦波)變化率即di/dt，通過積分電路計算，積分電路的特點是只有在電流過O時才能開始計算，在O點短路的概率是無窮大分之，那么現(xiàn)有技術(shù)的控制器幾乎不可能在第一個波檢測到短路電流，也就不可能在1/4個周波實現(xiàn)開斷截流。這樣一旦發(fā)生短路事故對系統(tǒng)的沖擊和危害很大。目前，在發(fā)電和供電系統(tǒng)發(fā)生短路時，主要是利用斷路器來切斷短路電流。它的主要問題是斷路器的開斷時間過長，而且沒有限流功能。在某些情況下，斷路器雖然開斷了短路電流，但發(fā)電機或變壓器的繞組已在此前1 2個周波的短路電流沖擊下被燒損，國內(nèi)有多次此類事故的實例。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述已有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種大容量智能高速開斷裝置，它以電流瞬時值和電流變化率di/dt為判據(jù)，通過對電流跟蹤和波形還原，可在1/4個工頻周波內(nèi)，將短路電流迅速切斷，使電氣設(shè)備得到可靠保護(切斷時，短路電流尚處于起始階段，遠未達到預(yù)期值)。 本發(fā)明為實現(xiàn)其目的所采取的技術(shù)方案為 大容量智能高速開斷裝置，包括高速隔離器、特種熔斷器和限壓器，三者并聯(lián)連接； 暫態(tài)電流互感器LH，用于檢測母線短路電流信號并實時發(fā)送到控制器； 脈沖變壓器，用于接受控制器點火指令并點火使高速隔離器開斷； 所述控制器包括主測模塊、主控模塊、執(zhí)行模塊和高壓模塊，各模塊之間通過總線
系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)或指令。 所述主測模塊包括比較單元和檢測單元；比較單元中存儲了預(yù)先整定電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流及其摸擬波形；檢測單元實時檢測A、 B、 C三相電流的強度及相位，并同比較單元預(yù)先整定的短路電流波形進行比較，如果出現(xiàn)任意兩相實際電流在預(yù)先整定的短路電流波形之外，則立即判定電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生相間短路，立即鎖定故障相別，并通過總線系統(tǒng)向其它模塊發(fā)出指令和信號。 所述主控模塊用于實時不間斷的接收主測模塊通過總線系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)進行處理判別；實時不間斷的判別接收到的信息是否干擾信號或真實短路故障信號，如判別是真實短路故，則立即通過總線系統(tǒng)向執(zhí)行模塊和高壓模塊發(fā)送點火指令。
所述總線系統(tǒng)還與LCD屏顯示界面人機操作界面聯(lián)接，實時顯示故障及動作。
本發(fā)明利用電流跟蹤和波形還原技術(shù)方案，實時跟蹤設(shè)備運行電流波形的相位，通過預(yù)先整定電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流并摸擬出波形同實時檢測三相電流強度和相位進行比較，如果出現(xiàn)兩相電流的波形在預(yù)先整定的短路電流波形外，則可以判斷出系統(tǒng)發(fā)生短路，可在min 55iis max 110 y s完成開斷快速測算表決。驅(qū)動脈沖變壓器及雷管點火，在min5 ii s max 50 y s時間內(nèi)，炸藥爆炸開斷。 本發(fā)明的有益效果具有很強的開斷短路電流的能力，以電流瞬時值和電流變化率di/dt為判據(jù)，通過電流跟蹤和波形還原，可在1/4個工頻周波內(nèi)，將短路電流迅速切斷，切斷時，短路電流尚處于起始階段，遠未達到預(yù)期值，使電氣設(shè)備得到可靠保護。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進一步詳細說明。 圖1為本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明控制器原理結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3(a、b、C)為本發(fā)明裝置運行的截止電流和截止時間曲線圖； 圖4本發(fā)明用于發(fā)電機出口短路保護示意圖； 圖5本發(fā)明用于發(fā)電廠分支母線及廠用變電所的保護示意圖； 圖6本發(fā)明用于旁路限流電抗器示意圖； 圖7本發(fā)明用于分段母線閉環(huán)運行示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發(fā)明包括高速隔離器3，特種熔斷器4和限壓器5，三者并聯(lián)連接；暫態(tài)電流互感器LH6，用于檢測母線短路電流信號并實時發(fā)送到控制器2;脈沖變壓器1，用于接受控制器點火指令并點火使高速隔離器開斷。
本發(fā)明電路工作原理如下 1、當電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，暫態(tài)電流互感器LH6檢測到短路電流信號并實時的發(fā)送到控制器2 ; 2、控制器2對暫態(tài)電流互感器LH6發(fā)送過來的信號進行計算比較，并及時發(fā)出指令驅(qū)動脈沖變壓器1點火。 3、高速隔離器3在脈沖變壓器1點火后開斷，這時短路電流轉(zhuǎn)向特種熔斷器4，特
種熔斷器4通流瞬間立即熔斷，特種熔斷器4在熔斷的同時建立很高的弧壓； 4、特種熔斷器4熔斷時建立很高的弧壓使限壓器5開通(限壓器開通電壓為電網(wǎng)
系統(tǒng)電壓的2. 4至2. 5倍)，限壓器5 —開通，特種熔斷器熔斷時產(chǎn)生的電弧熄滅； 5、這時電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流實現(xiàn)了轉(zhuǎn)移，并衰減至0。完成上述整個過程的時間在
5ms內(nèi)。 控制器2包括主測模塊21、主控模塊22、執(zhí)行模塊24和高壓模塊25，各模塊之間通過總線系統(tǒng)23傳輸數(shù)據(jù)或指令，總線系統(tǒng)還與LCD屏顯示界面26 (人機操作界面)聯(lián)接，實時顯示故障及動作，如圖2所示。 主測模塊21包括比較單元和檢測單元；比較單元中存儲了預(yù)先整定電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流及其摸擬波形；檢測單元實時檢測A、 B、 C三相電流的強度及相位，并同比較單元預(yù)
4先整定的短路電流波形進行比較，當出現(xiàn)任意兩相實際電流在預(yù)先整定的短路電流波形之 外，則立即判定電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生相間短路，鎖定故障相別，并通過總線系統(tǒng)向其它模塊發(fā)出指 令和信號。 主控模塊22用于實時不間斷的接收主測模塊通過總線系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)并進行處 理判別；實時不間斷的判別接收到的信息是否干擾信號或真實短路故障信號，如判別是真 實短路故障，則立即通過總線系統(tǒng)向執(zhí)行模塊和高壓模塊發(fā)送點火指令。
控制器2的工作原理 1、主測模塊21實時檢測A、B、C三相電流的強度及相位，并同預(yù)先整定的短路電流
波形進行比較，如果出現(xiàn)任意兩相實際電流在預(yù)先整定的短路電流波形之外，則立即判定
系統(tǒng)發(fā)生相間短路，并不斷地通過STD-1000總線系統(tǒng)23向其它模塊傳送數(shù)據(jù)； 2、當主測模塊21檢測到系統(tǒng)發(fā)生相間短路時，立即鎖定故障相別； 3、同時通過主控模塊22進行計算處理，通過STD-1000總線系統(tǒng)23發(fā)出點火指
令，并發(fā)出報警； 4、執(zhí)行模塊24在接到指令后立即啟動點火控制電源驅(qū)動高壓模塊25儲能。
5、高壓模塊25儲能后立即驅(qū)動脈沖變壓器1及雷管點火，完成開斷。
6、 LCD屏顯示界面26 (人機操作界面)實時顯示故障及動作。
7、以上所有步驟完成時間在微秒級。 本發(fā)明運用電流跟蹤、波形還原和判定鎖定，在1/4個工頻周波內(nèi)，將短路電流迅 速切斷，使電氣設(shè)備得到可靠保護，圖3a、b、 c表示在一個工頻周波中的不同區(qū)間內(nèi)，裝置
運行的截止電流和截止時間；圖中
S。預(yù)期短路電流波形；
S2 :實際短路電流波形；
S3 :實際運行電流峰值； S4 :啟動電流加其它負載電流之和的曲線； S5 :預(yù)先整定短路電流曲線； Is :實際短路電流起始值； Ip :實際短路電流點火截流起點值； t。短路電流達到動作值(短路電流瞬時值和短路電流增長率)時所需時間；
^ :電流上升截止點時間；
t2 :電流衰減到零的時間。 本發(fā)明克服了斷路器存在的諸多問題。本發(fā)明裝置單臺額定電流可達5000A，多臺 并聯(lián)使用可獲得更大的額定工作電流，具有開斷預(yù)期為200kA以上短路電流的能力，可將 短路電流的實際值控制在預(yù)期值的20% 50%。裝置的開斷截流時間僅為5ms。開斷電流 大，開斷時間短這兩大特點，從根本上解決了長期困擾電力系統(tǒng)和大電力用戶的問題。避免 了巨大短路電流對主設(shè)備的災(zāi)難性沖擊，避免了因主設(shè)備燒毀而引發(fā)的大面積停電，改變 了僅通過繼電保護裝置保護一次設(shè)備的傳統(tǒng)，可滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展需求。本發(fā)明適 用于電力系統(tǒng)和各行業(yè)的用電大戶。
以下為幾個實用示例
1 、發(fā)電機出口短路保護
5
發(fā)電機出口短路時，由發(fā)電機提供的短路電流很大，而且非周期分量所占比例近
50%以上，普通斷路器無法使用。目前的辦法一是封閉母線，二是采用高價的發(fā)電機專用斷
路器。但前者運行不靈活，變壓器側(cè)斷路器操作頻繁、壽命短、檢修不便；后者雖然短路故障
可以開斷，但其它電氣設(shè)備仍有可能在1-2周波的短路電流作用下?lián)p壞。 本發(fā)明開斷容量大，而且對非周期分量同樣具有極強的開斷能力，使發(fā)電機、變壓
器得到快速有效的保護，參見圖4，圖中KD為本發(fā)明裝置。 2 、發(fā)電廠分支母線及廠用變電所的保護 當發(fā)電廠分支母線發(fā)生相間短路時，發(fā)電機和系統(tǒng)同時向故障點提供短路電流， 短路電流比發(fā)電機出口短路時更大，采用封閉母線投資大，操作和維護不方便，采用發(fā)電機 專用斷路器，開斷時間長，不限流。采用本發(fā)明可以解決上述問題。勵磁變分支與同步發(fā)電 機的端口應(yīng)用與此類似，參見圖5，圖中KD為本發(fā)明裝置。
3、用于旁路限流電抗器 限流電抗器在限制故障電流的同時，存在三個問題，一是能耗損失大，常年運行是 一筆不小的開支；二是大型設(shè)備啟動時，電抗器上壓降很大，影響供電質(zhì)量；三是無功損耗 大，使電網(wǎng)系統(tǒng)功率因素下降，需增加電容器進行無功補償。 若在電抗器上并聯(lián)一臺本發(fā)明裝置，運行時電抗器即被短路，電抗器上電流很小，
能耗降低，可以避免大負荷投運時的壓降，同時還改善了電網(wǎng)系統(tǒng)的功率因素。 當系統(tǒng)短路時，本發(fā)明裝置快速開斷，電抗器投入運行，限制短路電流，同時保證
重要用戶供電不間斷。 在新建電網(wǎng)系統(tǒng)中，設(shè)計時可加大電抗器阻抗，以減小負荷側(cè)斷路器的開斷電流， 節(jié)約投資，參見圖6，圖中KD為本發(fā)明裝置。 4、用于分段母線閉環(huán)運行，降低系統(tǒng)擴建或并列運行的投資 利用本發(fā)明裝置可使分段母線閉環(huán)運行。這種運行方式能提高供電可靠性，能均
衡多臺變壓器的負荷，能減小大負荷啟動時產(chǎn)生的壓降，保證供電質(zhì)量。 當電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，本發(fā)明裝置即將兩段母線快速分裂開。這樣，在變電站擴
建或增容時，改裝負荷側(cè)斷路器只需要考慮開斷單臺變壓器的短路電流，無須更換所有斷
路器，可節(jié)約投資，參見圖7，圖中KD為本發(fā)明裝置。
權(quán)利要求
大容量智能高速開斷裝置，包括高速隔離器、特種熔斷器和限壓器，三者并聯(lián)連接；暫態(tài)電流互感器LH，用于檢測母線短路電流信號并實時發(fā)送到控制器；脈沖變壓器，用于接受控制器點火指令并點火使高速隔離器開斷；其特征在于，所述控制器包括主測模塊、主控模塊、執(zhí)行模塊和高壓模塊，各模塊之間通過總線系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)或指令。
2. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大容量智能高速開斷裝置，其特征在于所述主測模塊包括比較單元和檢測單元；比較單元中存儲了預(yù)先整定電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流及其摸擬波形；檢測單元實時檢測A、 B、 C三相電流的強度及相位，并同比較單元預(yù)先整定的短路電流波形進行比較，當出現(xiàn)任意兩相實際電流在預(yù)先整定的短路電流波形之外，則立即判定電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生相間短路，鎖定故障相別，并通過總線系統(tǒng)向其它模塊發(fā)出指令和信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量智能高速開斷裝置，其特征在于所述主控模塊用于實時不間斷的接收主測模塊通過總線系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)并進行處理判別；實時不間斷的判別接收到的信息是否干擾信號或真實短路故障信號，如判別是真實短路故障，則立即通過總線系統(tǒng)向執(zhí)行模塊和高壓模塊發(fā)送點火指令。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l-3任一項所述的大容量智能高速開斷裝置，其特征在于所述總線系統(tǒng)還與LCD屏顯示界面人機操作界面聯(lián)接，實時顯示故障及動作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大容量智能高速開斷裝置，主要解決現(xiàn)有斷路器的開斷時間過長的問題，運用電流跟蹤和波形還原原理，通過預(yù)先在控制器中整定電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流并摸擬出波形，同實時檢測三相電流強度和相位進行比較，若出現(xiàn)兩相電流的波形在預(yù)先整定的短路電流波形外，則可以判斷出系統(tǒng)發(fā)生短路；在min 55μs、 max 110μs完成開斷快速測算表決，驅(qū)動脈沖變壓器及雷管點火，在min 5μs、max 50μs時間內(nèi)，炸藥爆炸開斷。本發(fā)明具有很強的開斷短路電流的能力，可在1/4個工頻周波內(nèi)，將短路電流迅速切斷，切斷時，短路電流尚處于起始階段，遠未達到預(yù)期值，使電氣設(shè)備得到可靠保護。
文檔編號H02H7/26GK101707359SQ20091011636
公開日2010年5月12日 申請日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者郭道勝 申請人:郭道勝