多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器。本實用新型目的是提供成本較低、適用于500KV及以上電壓等級的多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，提高電網(wǎng)運行安全性。本實用新型的技術(shù)方案：多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，從母線依次經(jīng)主斷路器DL0、第1組分級升阻單元接至輸電線方向，第1組分級升阻單元上依次并聯(lián)第2至第n-1組分級升阻單元，最末端并聯(lián)一電阻Rn，其中第i組分級升阻單元由第i斷路器DLi與電阻Ri串聯(lián)，所述第1組分級升阻單元與第2組分級升阻單元之間經(jīng)高壓隔離開關(guān)G1、G2連接，所述電阻Rn兩端分別連接過電壓保護(hù)避雷器FZ1、FZ2并接地，其中n取3～9的任一自然數(shù)，1≤i≤n-1。
【專利說明】多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器。適用于電網(wǎng)安全裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國區(qū)域電網(wǎng)總體容量的不斷增長，大容量發(fā)電機(jī)組的不斷投入運行以及各大區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)，電力系統(tǒng)短路電流水平日益增高，許多地區(qū)電網(wǎng)的短路電流，己經(jīng)達(dá)到甚至超過電力規(guī)程所限定的最大允許值。短路電流過大(如達(dá)到63kA或SOkA以上)，使電網(wǎng)面臨無法開斷近區(qū)故障的安全威脅，同時造成熱效應(yīng)、電動力效應(yīng)過大，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運行。
[0003]電力系統(tǒng)短路故障對高壓電氣設(shè)備本身和系統(tǒng)的正常運行具有很大的危害性。具體表現(xiàn)在:①短路電流的動、熱穩(wěn)定效應(yīng)可能會損壞電氣設(shè)備。一方面，短路電流流過電氣設(shè)備時，強(qiáng)烈的熱效應(yīng)會引起導(dǎo)體或其絕緣的損壞。另一方面，導(dǎo)體流過短路電流時，受到很大的電動力沖擊，引發(fā)導(dǎo)體變形，甚至損壞；②短路故障發(fā)生時電網(wǎng)中電壓會降低，尤其是靠近短路故障點處的電壓明顯下降，嚴(yán)重影響用戶供電，甚至引發(fā)設(shè)備損壞和造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格等后果；③系統(tǒng)發(fā)生短路相當(dāng)于改變了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，必然引起系統(tǒng)中功率分布的變化。無論在哪一點發(fā)生短路，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率都將下降，但發(fā)電機(jī)的輸入功率由原動機(jī)或進(jìn)水量決定，不可能立即變化，發(fā)電機(jī)輸入和輸出功率的不平衡必然引起轉(zhuǎn)速變化，從而可能導(dǎo)致并列運行的發(fā)電機(jī)失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，甚至造成大面積停電；④不對稱接地短路故障產(chǎn)生的不平衡電流會導(dǎo)致嚴(yán)重的不平衡磁通的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致在輸電線路鄰近的通信線路內(nèi)形成很大的感應(yīng)電勢，從而引發(fā)對通信系統(tǒng)的電磁干擾，嚴(yán)重的會危及通信設(shè)備和運維人員的人身安全。
[0004]目前國內(nèi)外電力設(shè)備制造廠商所能生產(chǎn)的大部分高壓斷路器的額定短路開斷電流一般在63kA以下，很難滿足系統(tǒng)需要開斷較大短路電流的要求，而且隨著電網(wǎng)容量的不斷擴(kuò)大和全國聯(lián)網(wǎng)的不斷加強(qiáng)，這種矛盾會越來越突出。盡管采用改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的方法可以解決電網(wǎng)短路電流的抑制問題，但同時損害了電網(wǎng)運行的靈活性與經(jīng)濟(jì)性，同時也增加不同段上母線負(fù)荷變化調(diào)配的難度。因此，如何限制系統(tǒng)短路故障電流已成為現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展中所面臨的一個不可回避的重大技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題。
[0005]電網(wǎng)對故障限流器的要求:故障限流器FCL是一種串接在線路中的電氣設(shè)備。它正常時阻抗為零或很小，而故障時阻抗很大。對故障限流器的技術(shù)要求主要有以下幾個方面:
[0006](I)正常運行時，限流裝置呈低阻抗或零阻抗?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)的有功功率和無功功率損耗小，對系統(tǒng)無任何影響(壓降為零);
[0007](2)故障發(fā)生后，裝置應(yīng)能在極短時間內(nèi)動作，在故障電流到達(dá)第一個峰值前有效限制短路電流；
[0008](3)有一定的限制容量和限流時間；[0009](4)控制簡單，無須高速短路故障檢測技術(shù):
[0010](5)動作時不引起系統(tǒng)暫態(tài)振蕩、過電壓等副作用；
[0011](6)不影響繼電保護(hù)等設(shè)備的正確動作；
[0012](7)裝置有自動復(fù)位功能和多次連續(xù)動作能力；
[0013](8)設(shè)備的成本及運行費用低，可以承受的體積和重量，可靠性高，維修量和維護(hù)費用低。
[0014]故障限流器的實用化進(jìn)展:
[0015]I)國內(nèi)情況
[0016]隨著FCL受到重視的程度日益提高，國內(nèi)很多機(jī)構(gòu)單位投入其研究與應(yīng)用。中國科學(xué)院電工研究所聯(lián)合國內(nèi)多家單位共同研究開發(fā)的我國首臺三相高溫超導(dǎo)限流器成功將3500A (有效值)限制到635A (有效值)，且短路瞬間波形無突變。由天津機(jī)電工業(yè)控股集團(tuán)公司和北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司聯(lián)合研制的220kV超導(dǎo)磁飽和型FCL，于2007年成功投入實際應(yīng)用，是目前世界上掛網(wǎng)試運行的電壓等級最高、容量最大的超導(dǎo)限流器。華中科技大學(xué)研究的基于串聯(lián)補(bǔ)償?shù)腇CL使用了真空觸發(fā)間隙或高速斥力機(jī)構(gòu)操作的合閘開關(guān)u弓丨，具有動作速上海交通大學(xué)提出了一種適用于中高壓電網(wǎng)的磁控開關(guān)型故障限流器結(jié)構(gòu)，并研制了一臺220kV / 50A限流器模型機(jī)。華東冶金學(xué)院提出一種由普通電感和IGBT橋路構(gòu)成的無損耗電阻器式限流器拓?fù)洳⑷〉脟覍＠憬髮W(xué)研制的10kW500A /2500A帶交流旁路限流電感采用耦合變壓器的新型固態(tài)限流器樣機(jī)于2006年12月在紹興電力試驗站通過試驗，
[0017]2)國外情況
[0018]自20世紀(jì)90年代初，EPRI推出固態(tài)FCL方案后，國外在固態(tài)限流器方面的研究取得巨大進(jìn)展。1993年初,在美國新澤西州Mort Monmouth的ArmyPower Center的4.6kV交流饋電線路上安裝了一個由反并聯(lián)GTO構(gòu)成的6.6麗的固態(tài)斷路器，平均工作電流為800A，在發(fā)生短路故障300H S的時間內(nèi)切斷故障，起到有效的保護(hù)作用；西屋公司與EPRI合作，制造出一臺(13.8kV，675A)FCL(與固態(tài)斷路器SSCB組合)，于95年2月安裝在PSE &G的變電站投入運行124J ;日本東北電力公司及日立公司研制了(Distribut1n CurrentLimiting Device, DCLD)的試驗裝置,并進(jìn)行了試驗。
[0019]SFCL在國外工程研究文獻(xiàn)報道較多，SFCL在國外工程研究文獻(xiàn)報道較多，其工程應(yīng)用方面較早的是1995年Lockheed martin公司(美國)研制的橋路型2.4kV / 80A的超導(dǎo)限流器；在1999年General Atomics公司又研制了指標(biāo)為15kV / 20kA的橋路型超導(dǎo)限流器；瑞士 ABB公司也分別在1996年和2002年研制了 1.2MVA和6.4MVA的電阻型超導(dǎo)限流器:2004年，日本Toshiba公司利用超導(dǎo)高溫材料研制了 66kV750A的超導(dǎo)限流器。
[0020]此外1994年日本富士電機(jī)與關(guān)西電力公司聯(lián)合開發(fā)出由真空開關(guān)和GTO并聯(lián)構(gòu)成的400V配電用混合式限流器。1998年ACEC—Transport和GEC-Alsthom開發(fā)了交直流兩用的混合式故障限流器，且已形成商業(yè)化。
[0021]綜上所述，現(xiàn)有國內(nèi)外廠家和研究機(jī)構(gòu)尚未形成500KV及以上電壓等級的并易于工程化應(yīng)用的故障限流器技術(shù)。而目前處于研究階段的500KV電壓等級的超導(dǎo)故障限流器試驗樣機(jī)的造價高達(dá)8千萬-1億元人民幣。但一座500KV的變電站的總投資僅為3-5億元人民幣。如此造價很難進(jìn)行大規(guī)模工程標(biāo)配化推廣應(yīng)用。其二，目前限流器多以電力電子技術(shù)或超導(dǎo)技術(shù)來控制電感元件串入短路回路，但是按照傳統(tǒng)的電弧熄滅的基礎(chǔ)理論，如福州大學(xué)張冠生教授主編，西安交通大學(xué)王季梅教授主審的《電器基礎(chǔ)理論》機(jī)械工業(yè)出版社【1989】中所述影響交流電弧熄滅的電路參數(shù)如下:
[0022]電源電壓:其值越大，則恢復(fù)電壓的最大值也越大，熄弧越困難。
[0023]電弧電流:其值越大,則功率越大,熄弧越困難。電弧電流的波形對熄弧也有影響，希望電弧電流的波形有較長的零休期。
[0024]功率因數(shù)角:線路中電感比例越大，則功率因數(shù)角越大，熄弧越難。
[0025]對交流開關(guān)電器進(jìn)行開斷能力試驗，針對目前限流器用電感對開關(guān)熄弧是非常不利的因素，也是目前電感型限流器不宜推廣的原因。
[0026]實際統(tǒng)計與分析表明，故障限流器只有安裝在高壓或超高壓電網(wǎng)內(nèi)，才具有實際工程應(yīng)用價值，才能突顯出其在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面上的優(yōu)越性。因高壓電網(wǎng)承擔(dān)著電力系統(tǒng)的主要潮流輸送任務(wù)，對限流器裝置的可靠性提出極其荀刻的要求，當(dāng)前應(yīng)用于高壓電網(wǎng)的故障限流器工程解決方案不多。超導(dǎo)型故障限流器和電力電子型故障限流器當(dāng)前還很難推廣。現(xiàn)有工程應(yīng)用的解決方案主要有兩種:①加裝串聯(lián)電抗器加裝基于串聯(lián)諧振型的限流器。目前國內(nèi)外高壓電網(wǎng)中大都采用串聯(lián)電抗器來限制短路電流，其缺點是增加了系統(tǒng)阻抗，消耗大量無功，影響了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
實用新型內(nèi)容
[0027]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:針對上述存在的問題，提供一種成本較低、可適用于500KV及以上電壓等 級的多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，以提高電網(wǎng)運行的安全性。
[0028]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，其特征在于:從母線依次經(jīng)主斷路器DL0、第I組分級升阻單元接至輸電線方向，第I組分級升阻單元上依次并聯(lián)第2至第η-1組分級升阻單元，最末端并聯(lián)一電阻Rn，其中第i組分級升阻單元由第i斷路器DLi與電阻Ri串聯(lián)，所述第I組分級升阻單元與第2組分級升阻單元之間經(jīng)高壓隔離開關(guān)G1、G2連接，所述電阻Rn兩端分別連接過電壓保護(hù)避雷器FZ1、FZ2并接地，其中η取3~9的任一自然數(shù)，I≤i≤η_1 ;
[0029]其中電阻Rl至Rn為帶抽頭的分接頭或可控制調(diào)節(jié)檔位的大功率正溫度系數(shù)材料的熱敏電阻器，所述電阻Rl、R2至Rn常溫下的阻值大小按整倍數(shù)的跳變關(guān)系而逐漸增大。
[0030]所述電阻Rl至Rn經(jīng)短路電流升溫后阻值為常溫下阻值的10~100倍；所述電阻Rl、R2至Rn常溫下的阻值按5~30倍的倍數(shù)關(guān)系逐漸增大。
[0031]所述電阻Rl至Rn為具有正溫度系數(shù)的電阻型的高熔點值的金屬或其合金材料，置于真空或SF6中絕緣封裝。
[0032]所述電阻Rl至Rn為高熔點的導(dǎo)電陶瓷材料及導(dǎo)電高分子聚合物，置于真空或SF6中絕緣封裝。
[0033]所述主斷路器DLO為SF6斷路器或真空斷路器；所述第i斷路器DLi采用SF6斷路器、真空斷路器、油斷路器或晶閘管電力電子開關(guān)。
[0034]所述過電壓保護(hù)避雷器FZ1、FZ2為高電壓等級的氧化鋅避雷器。
[0035]所述電阻Rl至Rn采用材料為鎢絲、鎳絲、鑰絲、鉬絲、鐵絲、銅絲、鐵銅鎢合金、鎳鐵合金、鎳鈷合金、鎳鐵鈷合金、鎢錸絲、鎢鎳鈷、鎢鑰合金、鎢鎳合金或鎢錸合金，或通過其它稀土金屬摻雜的耐高溫合金體或者為
[0036]氮化物導(dǎo)電陶瓷:氮化鋯ZrN、氮化鈦TiN、氮氧化硅Si2N20、氮化鈮NbN ；
[0037]硼化物導(dǎo)電陶瓷:MoB2、ZrB2、TiB2、LaB6、HfB2、CrB2、TaB2、NbB2、UB2、WB2、MoB、ThB2；
[0038]硅化物導(dǎo)電陶瓷=MoSi2,NbSi2' Cr3Si, Cr3Si2, CrSi2, ZrSi2, Mg2Si' TiSi2' WSi2'VSi2;
[0039]以及通過稀土摻雜的氮化物或硼化物，或硅化物的導(dǎo)電陶瓷體材料，或者為選用導(dǎo)電聚合物材料，包括由復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料和填充型導(dǎo)電高分子材料構(gòu)成；填充型包括:炭黑填充型、金屬填充型、共混填充型；典型的導(dǎo)電高分子材料為:聚乙炔PA、聚苯胺PAN、聚吡咯PPX、聚噻吩PTH、聚對苯PPP、聚苯亞乙烯PPV等材料制作的大功率電阻器。
[0040]所述電阻Rl至Rn為水泥型、陶瓷型正溫度系數(shù)的大功率熱敏電阻器，或者是以上材料的蜂窩結(jié)構(gòu)體的電阻器。
[0041]若η取3時，常溫下電阻R1、R2、R3的阻值分別為0.0025Ω、0.05Ω、1 Ω;當(dāng)η取4時，常溫下電阻Rl、R2、R3、R4的阻值分別為0.001 Ω、0.01 Ω、0.1 Ω、I Ω。
[0042]所述斷路器與所述電阻的組件共同集成安置于一個封閉的SF6氣體箱中，以GIS組合集成的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行制造。 [0043]本方案設(shè)計中對斷路器DL1、DL2、DL3、…….DLn-1動作的順序控制方法為，由第I斷路器DLl先動作，依順為DL2、DL3、…….DLn_l，最后才是主斷路器DLO跳閘，在每個斷路器的跳閘回路中，均加入前一級斷路器分閘位置的輔助接點作為閉鎖用，以確保前一級開關(guān)確實已經(jīng)開斷后，后一級才能斷開的。如第I斷路器DLl首次跳閘分?jǐn)嗪?，第I斷路器DLl的分閘輔助接點閉合，串聯(lián)接通了對第2斷路器DL2的跳閘回路控制，在第2斷路器DL2的跳閘命令到來時，使第2斷路器DL2可靠分閘的一種順序控制閉鎖的方法。
[0044]限流電阻器主要是利用了高熔點金屬或其合金或?qū)щ娞沾刹牧系碾娮铚囟认禂?shù)的特性:隨溫度變化而快速升阻的原理。
[0045]電阻溫度系數(shù):導(dǎo)電材料的電阻隨溫度變化而變化，其變化的比例常數(shù)稱為電阻溫度系數(shù)，用α表示。大多數(shù)金屬的電阻值隨溫度的升高而增大，則α為正值，稱為正溫度系數(shù)；但有些材料(如碳)隨溫度升高電阻值降低，則α為負(fù)值，稱為負(fù)溫度系數(shù)。設(shè)導(dǎo)電材料的溫度為h時的電阻為R，則R=RJl+a (t-t0)]
[0046]如果以燈泡內(nèi)部的鎢絲材料為例，當(dāng)常溫下設(shè)定為1Ω時，燈泡點亮后，燈泡(在真空環(huán)境條件下)內(nèi)部溫度可達(dá)2500 °C，而鎢的熔點3387 °C，鎢的電阻溫度系數(shù)α =4.5X 1-3oC,R=R0[1+4.5Χ10-3 (2500°C -20°C)]=11.35 倍，即在溫度達(dá)到 2500°C時，鎢絲的電阻值比常溫冷態(tài)時增加了約11.35倍，稱為正溫系數(shù)的材料。
[0047]當(dāng)電網(wǎng)主回路中發(fā)生三相短路時，短路電流一般比負(fù)荷電流大10-20倍，本方案中所串入的電阻相應(yīng)產(chǎn)生的熱量Q=0.24I2Rt，可見電阻所產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正t匕，因此，由于電阻溫度系數(shù)的作用，電阻阻值也產(chǎn)生快速的升值，從而起到利用純電阻增大而限制電網(wǎng)短路電流的目的。
[0048]本實用新型的有益效果是:本實用新型在限流器中分級并聯(lián)正溫度系數(shù)熱敏電阻，由于短路電流將產(chǎn)生熱量，當(dāng)短路故障發(fā)生時正溫度系數(shù)熱敏電阻阻值將提高，起到限流作用。本實用新型正常運行時限流裝置的阻抗很小，功率損耗小，而短路故障時串入電阻較高。串入的電阻器阻性阻抗不會引起暫態(tài)振蕩造成過電壓危害。本實用新型在重合閘時仍保持較大阻抗，確保斷路器分?jǐn)喟踩?。本實用新型具有自動?fù)位和多次連續(xù)動作能力，設(shè)備成本低，安全可靠，維護(hù)成本低，易工程化推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1為實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050]圖2為實施例1中首次升阻時短路電流分布及原理圖。
[0051]圖3為實施例1中第I斷路器DLl開斷后的短路電流分布及原理圖。
[0052]圖4為實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0053]實施例1:如圖1所示，本實施例為一種多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，從母線依次經(jīng)主斷路器DL0、第I組分級升阻單元接至輸電線方向，第I組分級升阻單元上依次并聯(lián)第2組分級升阻單元和一個電阻R3，其中第I組分級升阻單元由第I斷路器DLl與電阻Rl串聯(lián)而成，第2組分級升阻單元由第2斷路器DL2與電阻R2串聯(lián)而成。第I組分級升阻單元與第2組分級升阻單元之間經(jīng)隔離開關(guān)Gl、G2連接。電阻R3兩端分別連接過電壓保護(hù)避雷器FZ1、FZ2并接地。本實施例中所有斷路器(DL0?DL3)與所有電阻(Rl?R3)的組件共同集成安置于一個封閉的SF6氣體箱中，以GIS組合集成的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行制造。
[0054]本實施例中電阻Rl、R2、R3 (市售產(chǎn)品)為帶抽頭的分接頭或可控制調(diào)節(jié)檔位的大功率正溫度系數(shù)材料的熱敏電阻器，由切換開關(guān)觸頭組和電動驅(qū)動機(jī)構(gòu)而構(gòu)成的可調(diào)節(jié)的電阻器，其功率按相應(yīng)電壓等級的最大短路功率來配置。本方案中電阻Rl、R2、R3選用了在冷態(tài)(常溫)和熱態(tài)(短路時接近熔點并留有適當(dāng)余量溫度)情況下電阻上升明顯的高達(dá)約10倍的正溫系數(shù)的高溶點金屬、及其合金或?qū)щ娞沾刹牧稀ｋ娮鑂1、R2、R3在常溫下阻值大小按整數(shù)倍跳變而逐漸增大的關(guān)系遞增，本例中常溫下電阻Rl、R2、R3的阻值比為
0.0025 Ω:0.05 Ω:1 Ω =1:20:400。
[0055]電阻Rl、R2、R3所選用的材料為大功率、高電壓耐壓、高熔點值(熔點大于1000°C的材料)的正溫度系數(shù)的金屬及其合金金屬或非金屬或金屬與非金屬摻雜的復(fù)合材料，為由金屬材料和陶瓷硅酸鹽材料共混的復(fù)合材料，如水泥型、陶瓷型正溫度系數(shù)的大功率熱敏電阻器，或者是以上材料的蜂窩結(jié)構(gòu)體的電阻器。
[0056]對金屬型的有正溫度系數(shù)的合金電阻器，如鐵絲、鎳絲、鎢絲、鑰絲、鉬絲及其合金體、鎳鐵合金、鎳鈷合金、鎳鐵鈷合金、鎢鎳鈷、鎢鎳合金或鎢錸合金材料等二元、三元的耐高溫抗氧化合金型電阻器。
[0057]電阻器材料也可以是由導(dǎo)電陶瓷材料，導(dǎo)電的聚合物材料，同時具有正的電阻溫度系數(shù)的功能，具體材料可以是:①氮化物導(dǎo)電陶瓷，如氮化鋯ZYN、氮化鈦TiN、氮氧化硅、氮化鈮，②碳化物導(dǎo)電陶瓷、③硼化物導(dǎo)電陶瓷，MoB2, ZrB2, TiB2, LaB6, HfB2, CrB2, TaB2,NbB2、UB2、WB2、MoB、ThB2 等陶瓷材料，④硅化物導(dǎo)電陶瓷，MoSi2、NbSi2、Cr3S1、Cr3Si2、CrSi2、ZrSi2、Mg2S1、TiSi2、WSi2、VSi2等導(dǎo)電材料。所述電阻器材料可以是導(dǎo)電聚合物型電阻器，包括由復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料和填充型導(dǎo)電高分子材料構(gòu)成。填充型包括:炭黑填充型、金屬填充型、共混填充型。導(dǎo)電材料，典型的導(dǎo)電高分子材料為:①聚乙炔PA，②聚苯胺PAN，③聚吡咯PPX，④聚噻吩PTH，⑤聚對苯PPP，⑥聚苯亞乙烯PPV等高分子導(dǎo)電材料及其常規(guī)聚合物與金屬粉末摻雜物的復(fù)合導(dǎo)電材料。
[0058]電阻Rl、R2、R3由絕緣陶瓷或耐高溫、聚合物材料包覆，并安置在真空或充有SF6氣體玻璃管或石英管或其它耐高溫的陶瓷管體內(nèi)的保護(hù)結(jié)構(gòu)中。電阻Rl、R2、R3的材料若選用金屬合金材料如鐵絲、鎳絲、鎢、鎢錸絲、鐵鎳合金、鎢基合金、鐵鈷鎳合金等材料需加裝防止氧化保護(hù)層，將其安裝于真空的或充有SF6氣體玻璃管或石英管或其它耐高溫的陶瓷管體內(nèi)的保護(hù)結(jié)構(gòu)中。
[0059]本例中主斷路器DLO為SF6斷路器或真空斷路器，第I斷路器DLl和第2斷路器DL2采用SF6斷路器、真空斷路器、油斷路器或晶閘管等固態(tài)電力電子開關(guān)器件，電壓等級為110KV、220KV、500KV、750KV、1000KV等任意一種電壓水平。本實施例中斷路器與電阻的連接可以是分立式也可以將器件安置于SF6氣體中按GIS封閉式結(jié)構(gòu)制造。
[0060]本實施例的工作原理如下:在無故障正常情況下，主斷路器DL0、第I斷路器DL1、第2斷路器DL2和高壓隔離開關(guān)G1、G2均在合閘位置，負(fù)荷由母線流向線路方向，線路負(fù)荷電流在主斷路器DL0、第I斷路器DLl上串聯(lián)接入的電阻Rl=0.0025 Ω，該電阻器運行時功率損耗約為3?4KW，相對較小。
[0061]當(dāng)線路發(fā)生相間或?qū)Φ亟饘傩远搪窌r，第1、第2斷路器的繼電保護(hù)裝置分別啟動，由第I斷路器DLl先快速跳閘，分?jǐn)鄷r間為斷路器固有分閘時間t=20?30ms，第I斷路器DLl跳閘后短路電流分別流向第2組分級升阻單元和電阻R3。
[0062]1、如當(dāng)D3點(見圖1)發(fā)生短路時，短路電流流過電阻R1，電阻Rl的溫度快速上升，其電阻值快速升高至原來的10倍左右，即由0.0025 Ω提高至0.025 Ω時，第2組分級升阻單元與第I組分級升阻單元阻抗關(guān)系構(gòu)成了 R2:R1=0.05 Ω:0.025 Ω =2:1關(guān)系，第2組分級升阻單元起到了分流作用。如圖2所示，假設(shè)500KV系統(tǒng)初始短路電流為70KA，系統(tǒng)內(nèi)阻R0=500/70=7.14Ω，此時70KA流向第I組分級升阻單元的電流為Id= (2/3) X [Ue/(R0+Rl//R2)] = (2/3) X 500KV/ (7.14Ω+0.0167 Ω )=46.575KA，流過第 2 組分級升阻單元的電流為23.28KA，而第I斷路器DLl的開斷容量為63KA，可以滿足其開斷容量的要求。
[0063]2、如圖3所示，當(dāng)?shù)贗斷路器DLl開斷后，短路電流全部涌向第2組分級升阻單元和電阻R3，由于R2為正溫系數(shù)材料電阻，經(jīng)過短路電流后，R2溫度急劇升高，其電阻也升高10倍以上，由原來冷態(tài)的0.05Ω升至0.5Ω，該阻值與R3電阻比例為I Ω:0.5Ω=2:1，與上述同樣，流過第二回路 DL2 的短路電流為 Id=(2/3) X [Ue/(R0+R2//R3)]= (2/3) X [500KV/(7.14Ω+0.333Ω)]=44.55ΚΑ，該第2斷路器DL2遮斷容量為63ΚΑ，具備了安全分?jǐn)嗄芰Α?br> [0064]3、第2斷路器DL2開斷后，所有的短路電流流向電阻R3，使R3溫度急劇升高，由1Ω升至10 Ω，串入主回路，短路電流I=500KV/(7.14 Ω+10 Ω )=29.17KA，由此通過該裝置將短路電流限在63KA以內(nèi)，使遮斷容量在63KA的主斷路器DLO實現(xiàn)對70KA短路電流的安全分?jǐn)嗟难b置。
[0065]關(guān)于電阻Rl在正常運行時的損耗功率計算，P=I2XR，500KV線路輸送功率為100萬千瓦，Ie=1250A，P=12502 X 0.0025=3.9KW，這個功率相當(dāng)一臺三相柜式空調(diào)機(jī)的電力消耗，按負(fù)荷曲線年損耗約2萬度電量，供電部門在費用上是可以承受的，且在負(fù)荷較低時所消耗的功率會更少些。[0066]繼電保護(hù)及二次控制回路設(shè)計斷路器跳閘順序如下:如當(dāng)D3點發(fā)生短路故障時，由第I斷路器DLl快速先跳開，時間為10-20ms，當(dāng)?shù)贗斷路器DLl跳開后再跳開第2斷路器DL2，第2斷路器DL2合閘回路串入第I斷路器DLl分閘后的輔助點作為閉鎖，確保在第I斷路器DLl分閘后才能斷開，當(dāng)?shù)贗斷路器DL1、第2斷路器DL2均斷開后產(chǎn)生占用時間約30-40ms，主回路中已經(jīng)串入電阻R3，R3已升值I Ω升至約10 Ω，而一般主斷路器DLO的開斷時間約50-80ms，設(shè)計中要求在主斷路器DLO繼電保護(hù)整定的動作時間之前完成電阻R3的升溫升阻過程，最終目的是使主斷路器DLO回路中實現(xiàn)限流的目的。理論計算，主回路的短路電流串入R3=10Q后，短路電流由70KA下降為500KV/(7.14 Ω+10 Ω )=29.17KA，這樣可以使遮斷容量為63KA的斷路器可在70KA電流下安全開斷，同時本裝置由于熱敏電阻具有熱阻值可保持1-10分鐘的高電阻值特性，可以使主斷路器DLO的重合閘及二次重合閘的重合于永久性故障時大大減少合閘時的故障電流值，同時電阻為純阻性的阻抗，對高壓斷路器的滅弧創(chuàng)造了極為良好的負(fù)載條件。
[0067]為提高第2斷路器DL2開關(guān)的動作時間，實際工程中也可以將第2斷路器DL2開關(guān)電力電子固態(tài)開關(guān)器件來實現(xiàn)，經(jīng)多級串并并聯(lián)的晶閘管器件，GT0, IGBT、IGCT等大功率可關(guān)斷器件經(jīng)多級串并聯(lián)經(jīng)光控或其它方式控制可以快速關(guān)斷回路電流，動作時間可在5ms-10ms內(nèi)完成。這樣第I斷路器DL1、第2斷路器DL2總的開斷時間可控制在20_30ms內(nèi)完成。確保在主斷路器DLO整定為開斷時間如50-100ms的時間內(nèi)，使R3明顯地阻值升值。
[0068]實施例2:如圖4所示，本實施例為一種多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，本實施例的結(jié)構(gòu)與工作原理與實施例1基本相同。從母線依次經(jīng)主斷路器DL0、第I組分級升阻單元接至輸電線方向，第I組分級升阻單元上依次并聯(lián)第2、第3組分級升阻單元和一個電阻R4，其中第I組分級升阻單元由第I斷路器DLl與電阻Rl串聯(lián)而成，第2組分級升阻單元由第2斷路器DL2與電阻R2串聯(lián)而成，第3組分級升阻單元由第3斷路器DL3與電阻R3串聯(lián)而成。第I組分級升阻單元與第2組分級升阻單元之間經(jīng)隔離開關(guān)GU G2連接。電阻R4兩端分別連接過電壓保護(hù)避雷器FZ1、FZ2并接地。常溫下電阻R1、R2、R3、R4 的阻值分別為 0.001 Ω、0.01 Ω、0.I Ω、I Ω。
【權(quán)利要求】
1.一種多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，其特征在于:從母線依次經(jīng)主斷路器DLO、第I組分級升阻單元接至輸電線方向，第I組分級升阻單元上依次并聯(lián)第2至第η-1組分級升阻單元，最末端并聯(lián)一電阻Rn，其中第i組分級升阻單元由第i斷路器DLi與電阻Ri串聯(lián)，所述第I組分級升阻單元與第2組分級升阻單元之間經(jīng)高壓隔離開關(guān)GU G2連接，所述電阻Rn兩端分別連接過電壓保護(hù)避雷器FZ1、FZ2并接地，其中η取3~9的任一自然數(shù)，I ^ i ^ η-1 ； 其中電阻Rl至Rn為帶抽頭的分接頭或可控制調(diào)節(jié)檔位的大功率正溫度系數(shù)材料的熱敏電阻器，所述電阻Rl、R2至Rn常溫下的阻值大小按整倍數(shù)的跳變關(guān)系而逐漸增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，其特征在于:所述電阻Rl至Rn經(jīng)短路電流升溫后阻值為常溫下阻值的10~100倍；所述電阻R1、R2至Rn常溫下的阻值按5~30倍的倍數(shù)關(guān)系逐漸增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，其特征在于:所述電阻Rl至Rn為具有正溫度系數(shù)的電阻型的高熔點值的金屬或其合金材料，置于真空或SF6中絕緣封裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，其特征在于:所述主斷路器DLO為SF6斷路器或真空斷路器；所述第i斷路器DLi采用SF6斷路器、真空斷路器、油斷路器或晶閘管電力電子開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，其特征在于:所述過電壓保護(hù)避雷器FZ1、FZ2為高電壓等級的氧化鋅避雷器。
6.根據(jù)權(quán)利要求 2所述的多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，其特征在于:所述電阻Rl至Rn為水泥型、陶瓷型正溫度系數(shù)的大功率熱敏電阻器，或者是以上材料的蜂窩結(jié)構(gòu)體的電阻器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，其特征在于:若η取3時，常溫下電阻Rl、R2、R3的阻值分別為0.0025 Ω、0.05 Ω、I Ω ;當(dāng)11取4時，常溫下電阻R1、R2、R3、R4的阻值分別為0.001 Ω、0.01Ω、0.1Ω、1Ω。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多斷路器與正溫型電阻組合分級升阻的故障限流器，其特征在于:所述斷路器與所述電阻的組件共同集成安置于一個封閉的SF6氣體箱中，以GIS組合集成的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行制造。
【文檔編號】H02H3/08GK203826943SQ201420049569
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】張健 申請人:張健