專利名稱：基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，屬于高壓大容量斷 路器組合裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，短路電流水平急劇增加，原有開(kāi)關(guān)設(shè)備的遮 斷容量將 不能滿足要求；同時(shí)，基于廠用電可靠性以及快速切除故障等要求，越來(lái)越多的發(fā)電廠考慮 裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器(GCB)，但大型發(fā)電機(jī)出口短路電流大，國(guó)內(nèi)GCB產(chǎn)品遮斷容量不滿 足要求，進(jìn)口產(chǎn)品即使?jié)M足要求，但其價(jià)格極其昂貴，給發(fā)電機(jī)出口保護(hù)帶來(lái)障礙。電力系統(tǒng)的短路電流也越來(lái)越大，尤其是500kV變電站短路電流急劇增加后，造 成變電站已裝設(shè)備遮斷容量不夠。廣東、福建兩省電網(wǎng)遠(yuǎn)景的500kV短路電流將達(dá)到70kA， 220kV系統(tǒng)短路電流將可能超過(guò)80kA，這超出了國(guó)產(chǎn)最大遮斷容量的斷路器最大63kA的開(kāi) 斷能力。雖然國(guó)外已有開(kāi)斷能力超過(guò)IOOkA的斷路器，但國(guó)際上生產(chǎn)此型號(hào)設(shè)備數(shù)量少，售 價(jià)必然高。目前高電壓等級(jí)的斷路器多為氣體斷路器，解決短路電流過(guò)大的最直接方法莫過(guò) 于提高現(xiàn)有氣體斷路器的開(kāi)斷能力。但是，短時(shí)間內(nèi)將氣體斷路器開(kāi)斷能力由現(xiàn)有常規(guī)的 63kA等級(jí)提高至數(shù)百千安，技術(shù)上存在很大困難。斷路器并聯(lián)技術(shù)可以成倍提高斷路器遮斷容量。通過(guò)多個(gè)滅弧室并聯(lián)方式提高斷 路器分?jǐn)嗄芰?，可以在現(xiàn)有條件下，成倍提高斷路器的載流能力和短路電流分?jǐn)嗄芰?，因?是一種可行的方案。但是，直接將斷路器并聯(lián)存在操作的不同期問(wèn)題，仍然不能解決短路電 流過(guò)大的問(wèn)題；用同步保持裝置實(shí)現(xiàn)斷路器并聯(lián)不僅同步可靠性低，且造價(jià)很高，因此到目 前為止沒(méi)有得到推廣；采用直接串聯(lián)電感的并聯(lián)方式雖可以保證較好的均流效果，但電感 會(huì)增大正常運(yùn)行阻抗，大大降低線路輸送能力，且會(huì)提高使用成本。因此上述并聯(lián)方案可靠 性差，不能滿足并聯(lián)開(kāi)斷的要求。中國(guó)專利200710052947. 7 “并聯(lián)型斷路器”雖然提及了斷路器的并聯(lián)技術(shù)，但僅 局限于一種概念性的設(shè)計(jì)，且其電抗器部件局限于鐵心式電抗器，工作時(shí)存在飽和、發(fā)熱等 鐵心電抗器的固有缺點(diǎn)。中國(guó)專利200810197118. 2 “空心耦合電抗器”雖然具有并聯(lián)斷路器部件——稱合 電抗器的設(shè)計(jì)思想，但在具體結(jié)構(gòu)中未考慮散熱，在實(shí)際運(yùn)行中必然導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，因而 不具有可行性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，該斷路 器利用具有高耦合度、正常工作狀態(tài)下能耗小的緊耦合空心電抗器，結(jié)合斷路器使用，能有 效實(shí)現(xiàn)電抗器的自動(dòng)均流和限流功能，從而實(shí)現(xiàn)斷路器真正意義上的并聯(lián)，成倍增大斷路 器承受額定電流以及短路電流的能力。[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于 由緊耦合空心電抗器和并聯(lián)斷路器組成，其連接方式是緊耦合空心電抗器兩臂的電流輸 入端在電抗器的同一側(cè)，并短接，通過(guò)與接線板相焊接連入系統(tǒng)，兩臂的電流輸出端通過(guò)與 接線板相焊后分別與兩臺(tái)斷路器連接，斷路器的另一端短接并與系統(tǒng)連接，從而整個(gè)基于 緊耦合空心電抗器的并聯(lián)斷路器裝置串聯(lián)接入系統(tǒng)，緊耦合空心電抗器輸出端接線板用支 柱絕緣子支撐，固定在預(yù)制的平臺(tái)上。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于并聯(lián)斷路器為 高壓大容量氣體滅弧室斷路器，共兩臺(tái)，并聯(lián)。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于緊耦合空心電 抗器呈圓筒型，分別由接線板、支柱絕緣子和若干單層電感線圈構(gòu)成。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)斷型路器，其特征在于所有單層電感 線圈由單根導(dǎo)線繞制或分裂導(dǎo)線并繞而成，分層排列，層間匝間均有絕緣，這些電感線圈同 軸安置，共有一個(gè)中心軸，且匝數(shù)相等，從而達(dá)到緊耦合的目的。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于當(dāng)電流流經(jīng)所 有電感線圈時(shí)，相鄰電感線圈中感應(yīng)的磁場(chǎng)方向相反，所有感應(yīng)出同向磁場(chǎng)方向的電感線 圈并聯(lián)，相當(dāng)于緊耦合空心電抗器的一臂，每一臂所有的單層電感線圈繞向相同，相互并聯(lián) 聯(lián)接。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于緊耦合空心電 抗器的每一層只有同一繞向的電感線圈，相鄰電感線圈的繞向相反，以緊耦合空心電抗器 的最內(nèi)層為第一層，最外層為最后一層計(jì)，第一層與第二層間為層間絕緣耐壓材料，第一 層、絕緣材料和第二層共為一個(gè)包封，也即第一個(gè)包封，包封與包封間為散熱空氣氣道，以 此類推，直至最外的包封。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于緊耦合空心電 抗器電感線圈為空心電感線圈，從而保證良好的線性度。本實(shí)用新型的有益效果是基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器裝置，成倍增 長(zhǎng)了同等電壓等級(jí)下斷路器開(kāi)斷短路電流的水平，提高系統(tǒng)的整體開(kāi)斷能力，且本實(shí)用新 型在正常工況下基本不會(huì)對(duì)系統(tǒng)回路帶來(lái)額外的阻抗，對(duì)系統(tǒng)的影響微乎其微。而出現(xiàn)故 障時(shí)，利用電磁反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)兩支路的自動(dòng)均流，從而實(shí)現(xiàn)斷路器的自動(dòng)并聯(lián)，即使斷路器動(dòng) 作時(shí)間不一致，緊耦合空心電抗器在耦合電感的作用下自動(dòng)限流，也能保證單支路斷路器 的正常開(kāi)斷，達(dá)到了小參數(shù)斷路器開(kāi)斷大短路電流的目的。

圖1為本實(shí)用新型緊耦合空心電抗器一個(gè)包封中兩單層電感線圈繞制方式示意 圖。圖2為本實(shí)用新型緊耦合空心電抗器一個(gè)包封中兩單層電感線圈和絕緣耐壓材 料位置關(guān)系俯視圖。圖3為本實(shí)用新型緊耦合空心電抗器一個(gè)包封中兩單層電感線圈和絕緣耐壓材 料位置關(guān)系和電流輸入輸出端導(dǎo)體連接方式中軸面剖視圖。圖4為本實(shí)用新型只含兩個(gè)包封的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)斷路器中軸面剖視圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。圖1中標(biāo)記說(shuō)明1、2、3、4均為單層電感線圈。圖2中標(biāo)記說(shuō)明5-絕緣耐壓材料，6-繞向相反的兩單層電感線圈。圖4中標(biāo)記說(shuō)明7-絕緣耐壓材料，8-空氣，9、11、13、15-電流輸入端，10、12、14、16-電流輸出端，17、19-斷路器輸入端，18,20-斷路器輸出端。如圖1所示，緊耦合空心電抗器的一個(gè)包封中兩單層電感線圈1-2、3-4，1-2、3_4 繞向相反，使得當(dāng)單層電感線圈1、單層電感線圈3端通以同向的電流時(shí)，兩單層電感線圈 中產(chǎn)生的磁通方向相反。每個(gè)單層電感線圈使用的導(dǎo)體或?yàn)閱胃鶎?dǎo)線，或?yàn)榉至牙@組并繞 而成。如圖2所示，根據(jù)線圈所在系統(tǒng)的電壓等級(jí)確定線圈的匝間絕緣以及層間絕緣的 絕緣耐壓等級(jí)，由絕緣耐壓材料5、繞向相反的兩單層電感線圈6合稱為一個(gè)包封。如圖3所示，一個(gè)包封中，為降低對(duì)兩單層電感線圈層間絕緣的要求，規(guī)定兩線圈 電流流向都為從輸入端流向輸出端，即從單層電感線圈1流向單層電感線圈2，從單層電感 線圈3流向單層電感線圈4，或都從輸出端流向輸入端；這樣保證在軸向處于同一位置或位 置接近的線匝間，電壓盡量小。由于兩線圈繞向相反，在兩線圈通過(guò)大小相等的電流時(shí)，兩 線圈產(chǎn)生的磁通相互抵消。如圖4所示，電流輸入端9與電流輸出端10之間為絕緣耐壓材料、電流輸入端11 與電流輸出端12之間為一個(gè)包封，電流輸入端13與電流輸出端14之間為絕緣耐壓材料、 電流輸入端15與電流輸出端16之間為一個(gè)包封，兩包封間為散熱空氣氣道，氣道的水平距 離與緊耦合空心電抗器工作時(shí)的功耗有關(guān)。兩包封的電流輸入端9、電流輸入端11、電流輸 入端13、電流輸入端15互相短接后與系統(tǒng)一端相連，兩包封的電流輸出端按繞向相同則短 接，繞向相反則斷開(kāi)的原則連接，即電流輸出端10與電流輸出端14短接，為緊耦合空心電 抗器一臂的輸出端，與一臺(tái)斷路器輸入端17相連，電流輸出端12與電流輸出端16短接，為 緊耦合空心電抗器另一臂的輸出端，與另一臺(tái)斷路器輸入端19相連。兩并聯(lián)斷路器的斷路 器輸出端18、斷路器輸出端20短接后連入系統(tǒng)另一端。包封中的電感線圈采用鋁(銅)質(zhì)導(dǎo)線繞制，經(jīng)過(guò)一定的外絕緣處理后再由環(huán)氧 樹(shù)脂浸透，經(jīng)過(guò)固化形成整體。本實(shí)用新型的三相結(jié)構(gòu)獨(dú)立，每相都包括一臺(tái)雙臂緊耦合空心電抗器和兩臺(tái)并聯(lián) 的氣體斷路器，這些設(shè)備參數(shù)相同，結(jié)構(gòu)一致，故可以其一相說(shuō)明其原理。所述裝置使用的 并聯(lián)斷路器沒(méi)有類型限制，當(dāng)電壓等級(jí)較低時(shí)，可采用普遍使用的真空斷路器；而當(dāng)電壓等 級(jí)較高時(shí)，可采用廣泛使用的SF6等氣體斷路器。為了保證所述裝置的均流效果，所用緊耦合空心電抗器每臂的阻抗不對(duì)稱率在 3%以內(nèi)。當(dāng)電流流入基于雙臂緊耦合空心電抗器的并聯(lián)斷路器裝置時(shí)，兩臺(tái)斷路器共同承 擔(dān)系統(tǒng)的正常電流和短路電流。由于采用的緊耦合結(jié)構(gòu)，緊耦合空心電抗器每個(gè)包封中均 會(huì)產(chǎn)生方向相反的磁通。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于緊耦合空心電抗器結(jié)構(gòu)對(duì)稱，耦合電感以 漏電抗的形式對(duì)外表現(xiàn)，其值很小，其損耗可以忽略，而與緊耦合空心電抗器相連的并聯(lián)斷路器參數(shù)亦一致，從而保證了系統(tǒng)電流均勻流過(guò)緊耦合空心電抗器的兩臂和并聯(lián)斷路器。系統(tǒng)短路故障時(shí)，若流過(guò)兩并聯(lián)斷路器的電流大小相等，兩支路電流在緊耦合空心電抗器兩臂中產(chǎn)生的磁通大小相等，方向相反，對(duì)外呈現(xiàn)漏磁通，緊耦合空心電抗器在系 統(tǒng)中僅表現(xiàn)為漏電抗，不會(huì)增大系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)；若兩之路中電流大小不等，則在緊耦合空心電 抗器兩臂中會(huì)感生出交變的電動(dòng)勢(shì)，由電磁感應(yīng)定律可知，該電動(dòng)勢(shì)使兩支路電流趨于相 等，從而該緊耦合空心電抗器可以保證系統(tǒng)短路故障時(shí)，兩支路的斷路器均分系統(tǒng)電流，該 并聯(lián)斷路器的型號(hào)應(yīng)完全一致，可選定其額定容量、短路電流等參數(shù)為系統(tǒng)參數(shù)的二分之一。[0033]系統(tǒng)短路故障時(shí)，若并聯(lián)斷路器滅弧室動(dòng)作不一致或單臺(tái)斷路器故障等原因造成 只有一條支路導(dǎo)通時(shí)，緊耦合空心電抗器呈現(xiàn)單臂電抗，比緊耦合狀態(tài)下的漏電抗高2 3 個(gè)數(shù)量級(jí)，能有效限制流過(guò)緊耦合空心電抗器單臂和單臺(tái)斷路器滅弧室的電流。
權(quán)利要求基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于由緊耦合空心電抗器和并聯(lián)斷路器組成，其連接方式是緊耦合空心電抗器兩臂的電流輸入端在電抗器的同一側(cè)，并短接，通過(guò)與接線板相焊接連入系統(tǒng)，兩臂的電流輸出端通過(guò)與接線板相焊后分別與兩臺(tái)斷路器連接，斷路器的另一端短接并與系統(tǒng)連接，從而整個(gè)基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)斷路器裝置串聯(lián)接入系統(tǒng)，緊耦合空心電抗器輸出端接線板用支柱絕緣子支撐，固定在預(yù)制的平臺(tái)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于并聯(lián) 斷路器為高壓大容量氣體滅弧室斷路器，共兩臺(tái)，并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于緊耦 合空心電抗器呈圓筒型，分別由接線板、支柱絕緣子和若干單層電感線圈構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的緊耦合空心電抗器，其特征在于所有單層電感線圈由單根 導(dǎo)線繞制或分裂導(dǎo)線并繞而成，分層排列，層間匝間均有絕緣，這些電感線圈同軸安置，共 有一個(gè)中心軸，且匝數(shù)相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的緊耦合空心電抗器，其特征在于當(dāng)電流流經(jīng)所有電感線圈 時(shí)，相鄰電感線圈中感應(yīng)的磁場(chǎng)方向相反，所有感應(yīng)出同向磁場(chǎng)方向的電感線圈并聯(lián)，相當(dāng) 于緊耦合空心電抗器的一臂，每一臂所有的單層電感線圈繞向相同，相互并聯(lián)聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的緊耦合空心電抗器，其特征在于緊耦合空心電抗器的每一 層只有同一繞向的電感線圈，相鄰電感線圈的繞向相反，以緊耦合空心電抗器的最內(nèi)層為 第一層，最外層為最后一層計(jì)，第一層與第二層間為層間絕緣耐壓材料，第一層、絕緣材料 和第二層共為一個(gè)包封，也即第一個(gè)包封，包封與包封間為散熱空氣氣道，以此類推，直至 最外的包封。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的緊耦合空心電抗器，其特征在于緊耦合空心電抗器電感線 圈為空心電感線圈。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，屬于高壓大容量斷路器裝置領(lǐng)域，其目的在于自動(dòng)均流、限流，通過(guò)緊耦合空心電抗器實(shí)現(xiàn)斷路器的并聯(lián)運(yùn)行。緊耦合空心電抗器兩臂的電流輸入端在電抗器的同一側(cè)，并短接，通過(guò)與接線板相焊接連入系統(tǒng)，兩臂的電流輸出端通過(guò)與接線板相焊后分別與兩臺(tái)斷路器連接，斷路器的另一端短接并與系統(tǒng)連接，從而整個(gè)基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)斷路器裝置串聯(lián)接入系統(tǒng)，緊耦合空心電抗器輸出端接線板用支柱絕緣子支撐，固定在預(yù)制的平臺(tái)上。本實(shí)用新型通過(guò)緊耦合空心電抗器使斷路器并聯(lián)從而可成倍開(kāi)斷短路電流，提高整體開(kāi)斷能力。
文檔編號(hào)H01F27/28GK201576636SQ200920268629
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者何俊佳, 劉飛, 尹婷, 李輝, 杜硯, 潘垣, 袁召, 陳軒恕 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院;華中科技大學(xué)