專利名稱：節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將限流電抗器與大容量高速開(kāi)關(guān)并聯(lián)組成的限流設(shè)備，尤其是節(jié)
能型戶外電網(wǎng)限流裝置。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家電網(wǎng)公司的跨越式發(fā)展，1000kV特高壓示范工程投入運(yùn)行，750kV超高 壓交流電網(wǎng)已初具規(guī)模，電網(wǎng)裝機(jī)容量的快速增加將使得電網(wǎng)短路電流飛速增長(zhǎng)，在許多 地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)或?qū)⒁霈F(xiàn)選取不到大遮斷容量的斷路器的情況。短路電流超過(guò)斷路器的最 大遮斷容量時(shí)需要采取電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行、電磁解環(huán)、更換大遮斷容量的開(kāi)關(guān)、開(kāi)斷線路、采用 高阻抗變壓器等從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式上的改變來(lái)限制短路電流的的措施，是以犧牲電網(wǎng) 的安全性和可靠性為代價(jià)的。采用限流設(shè)備可從根本上限制短路電流的增長(zhǎng)，在超高壓電 網(wǎng)采用串聯(lián)限流電抗器等措施來(lái)限制短路電流，實(shí)現(xiàn)短路電流水平滿足開(kāi)關(guān)遮斷容量的要 求是目前最有效的措施。從現(xiàn)在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，變壓器抗短路電流能力非常差，通 常只能承受其標(biāo)定的50%的短路電流，要求采取更有效的限制短路電流措施。隨著系統(tǒng)短 路容量的不斷增加，主網(wǎng)內(nèi)越來(lái)越多的降壓變壓器中、低壓側(cè)，110kV及以上線路都需要加 裝限流電抗器以限制短路電流，但這些限流電抗器運(yùn)行中不僅使系統(tǒng)電壓降低而且長(zhǎng)期運(yùn) 行還帶來(lái)巨大的運(yùn)行損耗。 針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)外(如ABB公司、Siemens公司)開(kāi)發(fā)出基于高溫超導(dǎo)材料的超 導(dǎo)故障限流器(HTSFCL)，動(dòng)作時(shí)間僅為幾毫秒。但由于價(jià)格昂貴，應(yīng)用量很少。目前，國(guó)內(nèi) 開(kāi)發(fā)研制出了采用爆炸式快速開(kāi)斷載流橋體與高壓限流熔斷器、高吸能氧化鋅電阻相組合 的大容量高速開(kāi)關(guān)裝置(FSR)， FSR能夠在短路電流上升初期即開(kāi)斷并限制其增長(zhǎng)，它是一 種在高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置基礎(chǔ)上發(fā)展而形成的一種新型設(shè)備，可以把短路電流限 制在短路電流峰值的15%左右，動(dòng)作時(shí)間小于lms，從而避免大的短路電流對(duì)電器設(shè)備造 成沖擊，克服現(xiàn)有機(jī)械斷路器過(guò)零開(kāi)斷的缺點(diǎn)，其具有額定電流大(6kA)、開(kāi)斷時(shí)間短(小 于3ms)、開(kāi)斷能力強(qiáng)(160kA)、額定電壓高(36kV)的特點(diǎn)。但大容量高速開(kāi)關(guān)使用有一些 缺點(diǎn)，在大容量高速開(kāi)關(guān)裝置開(kāi)斷后，將故障線路切除，對(duì)一些不能停電負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行帶 來(lái)安全隱患，而且FSR只能安裝在室內(nèi)、不能安裝在室外的復(fù)雜環(huán)境中。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有許多實(shí)現(xiàn) 消除限流電抗器運(yùn)行損耗、電壓降低的案例，全部是在限流電抗器兩端通過(guò)開(kāi)關(guān)柜并聯(lián)一 臺(tái)大容量高速開(kāi)關(guān)，高速開(kāi)關(guān)的控制在二次側(cè)實(shí)現(xiàn)，將控制信號(hào)通過(guò)絕緣變壓器發(fā)出觸發(fā) 信號(hào)動(dòng)作，控制回路電源由變電站提供，受絕緣水平的限制大多在6-35千伏高壓室使用， 運(yùn)行環(huán)節(jié)多，受限制條件多，安裝使用不方便，并且由于增加了連接母線排的長(zhǎng)度，使得故 障概率增加。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置，能夠應(yīng)用于110kV、220kV高 壓電網(wǎng)的短路電流限制，并確保系統(tǒng)及設(shè)備不受大電流的沖擊和克服單純使用限流電抗器技術(shù)后造成的電網(wǎng)電壓降低、設(shè)備本身運(yùn)行損耗及對(duì)電磁環(huán)境的影響等缺陷。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 —種節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置，由大容量高速開(kāi)關(guān)和限流電抗器并聯(lián)組成，其特別之處在于，其中大容量高速開(kāi)關(guān)包括管狀絕緣外殼，該絕緣外殼兩端封閉，并且在該兩端分別安裝有上法蘭和下法蘭，在上法蘭和下法蘭上均設(shè)有引出端子；在絕緣外殼內(nèi)安裝有橋體、熔斷器、和非線性電阻，還安裝有由控制器和電流互感器組成的測(cè)控單元，其中橋體、熔斷器、和非線性電阻三者并聯(lián)后一端與上法蘭的引出端子電連接，而另一端與下法蘭的引出端子電連接；測(cè)控單元與橋體電連接，測(cè)控單元中的電流互感器套裝在橋體、熔斷器、和非線性電阻并聯(lián)后任意一側(cè)的導(dǎo)線上。 其中下法蘭還與一電容式電壓互感器的一端固定連接，該電容式電壓互感器的輸
出端與測(cè)控單元的供電電路電連接從而為測(cè)控單元供電。 其中引出端子是銅排。 其中絕緣外殼是空心復(fù)合絕緣子。 其中在絕緣外殼內(nèi)還安裝有蓄電池，該蓄電池與測(cè)控單元的供電電路電連接從而提供備用電源。 其中電容式電壓互感器的輸出端通過(guò)變壓器與測(cè)控單元的供電電路電連接。
本發(fā)明將大容量高速開(kāi)關(guān)與限流電抗器在電網(wǎng)高壓一次側(cè)并聯(lián)形成一體化的節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置的方案，不僅解決了限流電抗器存在的運(yùn)行問(wèn)題，還因?yàn)樵谝淮蝹?cè)將大容量高速開(kāi)關(guān)的載流橋體(橋體，F(xiàn)S)、高壓的限流熔斷器(熔斷器，F(xiàn)U)和非線性電阻(高能限壓器，F(xiàn)R)等元件安裝在復(fù)合絕緣套筒中，通過(guò)兼作絕緣支柱的倒置電容式電壓互感器(CVT，戶外型，自帶絕緣殼體)直接由電網(wǎng)取得電源，在高壓側(cè)實(shí)現(xiàn)了裝置測(cè)量、控制、多參數(shù)智能判斷的全自動(dòng)運(yùn)行，使得大容量高速開(kāi)關(guān)的應(yīng)用不僅可在中壓系統(tǒng)使用，而且對(duì)110kV、220kV高壓電網(wǎng)的短路電流限制也有非常明顯的效果。本發(fā)明裝置還具有工作環(huán)節(jié)少、可靠性高，安裝方便等特點(diǎn)。
附圖1為本發(fā)明的電路原理 附圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明將大容量高速開(kāi)關(guān)改進(jìn)成在一次側(cè)直接與限流電抗器并聯(lián)，形成一體化的節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置。新型的大容量高速開(kāi)關(guān)將原大容量高速開(kāi)關(guān)的一次元器件分成每個(gè)單相組裝在一個(gè)合適尺寸的絕緣外套中通過(guò)法蘭引出接線，非常方便與限流電抗器并聯(lián)。 改進(jìn)后的大容量高速開(kāi)關(guān)對(duì)原大容量高速開(kāi)關(guān)的保護(hù)、控制從設(shè)計(jì)思想上進(jìn)行了根本的改變，將原來(lái)依靠變電站提供的供電電源、保護(hù)等去除，直接在高壓一次側(cè)進(jìn)行供電電源、測(cè)量、控制的一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)脫離二次保護(hù)控制，自行完成動(dòng)作判斷的功能?？刂茊卧S時(shí)檢測(cè)電流和電流變化率，當(dāng)電流幅值和電流變化率同時(shí)超過(guò)定值時(shí)，判斷為短路發(fā)生，并采用3個(gè)相同的獨(dú)立工作的測(cè)控部件，以"三取二"動(dòng)作方式做出判斷，向爆炸橋發(fā)出分?jǐn)嘈盘?hào)，切斷危險(xiǎn)的短路電流，接入限流電抗器。 本發(fā)明的供電電源采用雙電源供電的方式，確保其運(yùn)行的可靠性。主電源通過(guò)倒
置CVT(電容式電壓互感器)取得，只要設(shè)備帶電就能可靠提供；考慮中壓電網(wǎng)單相短路運(yùn)
行方式等其它情況時(shí)裝置的可靠運(yùn)行，另配有一組蓄電池隨時(shí)提供備用電源。 本發(fā)明分相戶外安裝簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，對(duì)已安裝有限流電抗器的系統(tǒng)可方便進(jìn)行節(jié)能
降耗改造，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行損耗非常小(僅幾瓦的耗電量)。 本發(fā)明通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的大容量高速開(kāi)關(guān)進(jìn)行關(guān)鍵性的技術(shù)改進(jìn)，使之可以非常方便
的與限流電抗器并聯(lián)在戶外安裝使用，在高壓側(cè)實(shí)現(xiàn)了裝置測(cè)量、控制、多參數(shù)智能判斷的
全自動(dòng)運(yùn)行，徹底改變傳統(tǒng)的戶內(nèi)安裝使用、控制回路必須處于低壓、且僅能應(yīng)用于6
35kV系統(tǒng)的局面。 另外由于倒置CVT為電網(wǎng)限流裝置在高壓側(cè)提供電源并兼作絕緣支柱，所以只要絕緣條件滿足，該裝置可用于任何電壓等級(jí)。
本發(fā)明的工作原理如下 如圖1所示，通過(guò)在電網(wǎng)高壓一次側(cè)將大容量高速開(kāi)關(guān)和限流電抗器并聯(lián)，來(lái)克服串聯(lián)電抗器的壓降和有功損耗的缺點(diǎn)，并在系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重短路的情況下，把短路電流限制在安全的范圍內(nèi)。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于高速開(kāi)關(guān)的直流電阻不大于40uQ，所以當(dāng)它和限流電抗器并聯(lián)時(shí)，主回路中的電流全部從高速開(kāi)關(guān)流過(guò)，這樣限流電抗器的壓降和有功損耗的問(wèn)題就得到了解決。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重短路故障時(shí)，高速開(kāi)關(guān)在3ms內(nèi)斷開(kāi)(此時(shí)的短路電流僅達(dá)到預(yù)期短路電流值的20 50% )，快速地把限流電抗器投入，從而在發(fā)生嚴(yán)重短路故障時(shí)充分地發(fā)揮限流電抗器的限流作用，將短路電流限制在斷路器安全開(kāi)斷的范圍內(nèi)。 原有的大容量高速開(kāi)關(guān)以開(kāi)關(guān)柜的方式提供給用戶，且只能在35kV及以下電壓等級(jí)使用。考慮到限流電抗器今后不僅廣泛應(yīng)用在中壓系統(tǒng)，高壓系統(tǒng)的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越多，如果能夠提供一種能很方便的在一次側(cè)和串聯(lián)電抗器并聯(lián)的大容量高速開(kāi)關(guān)便能夠達(dá)到既限制短路電流又節(jié)能降耗的目的。因此便有了將大容量高速開(kāi)關(guān)的一次元器件分成每個(gè)單相組裝在一個(gè)合適尺寸的復(fù)合絕緣外套中，通過(guò)倒置CVT取得供電電源并起絕緣和支撐作用，對(duì)大容量高速開(kāi)關(guān)的供電電源、測(cè)量、控制進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)脫離二次保護(hù)控制，自行完成動(dòng)作判斷的功能的本發(fā)明技術(shù)方案。 通過(guò)理論計(jì)算分析可知，節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置限流效果隨著電壓等級(jí)的升高逐步減弱。在330kV、220kV、110kV電網(wǎng)中使用本裝置最大可使短路電流分別減少17. 18%、24. 74%和49. 48%，所以在220kV、110kV電網(wǎng)中使用本裝置有較好的限流效果。
如圖2所示，本發(fā)明由大容量高速開(kāi)關(guān)和限流電抗器并聯(lián)組成，其中大容量高速開(kāi)關(guān)包括管狀絕緣外殼8，該絕緣外殼8兩端封閉，并且在該兩端分別安裝有上法蘭5和下法蘭ll，在上法蘭5和下法蘭11上均設(shè)有引出端子；在絕緣外殼8內(nèi)安裝有橋體1、熔斷器、和非線性電阻7，還安裝有由控制器和電流互感器9組成的測(cè)控單元2，其中橋體1、熔斷器、和非線性電阻7三者并聯(lián)后一端與上法蘭5的引出端子電連接，而另一端與下法蘭11的引出端子電連接；測(cè)控單元2與橋體1電連接，測(cè)控單元2中的電流互感器9套裝在橋體1、熔斷器、和非線性電阻7并聯(lián)后任意一側(cè)的導(dǎo)線上。絕緣外殼8的下法蘭11還與一電容式電壓互感器4的一端固定連接，該電容式電壓互感器4的輸出端通過(guò)變壓器與測(cè)控單元2的供電電路電連接從而為測(cè)控單元2供電。 其中引出端子采用銅排，絕緣外殼8采用空心復(fù)合絕緣子。另外在絕緣外殼8內(nèi)
還安裝有蓄電池，該蓄電池與測(cè)控單元2的供電電路電連接從而提供備用電源。 本裝置的測(cè)控單元2為三個(gè)獨(dú)立的測(cè)控單元部分。三個(gè)獨(dú)立的測(cè)控單元部分分別
獨(dú)立控制設(shè)備的三相。測(cè)控單元2的電源從電容式電壓互感器4上引取。測(cè)控單元2直接
安裝在外罩內(nèi)腔里面，整體安裝在空心復(fù)合絕緣子內(nèi)?？招膹?fù)合絕緣子、上法蘭5、和下法蘭
11三者結(jié)合后，采用全密封結(jié)構(gòu)，主設(shè)備安裝在其腔內(nèi)，可以達(dá)到防雨、防塵、防爆的效果。
電流互感器9給設(shè)備的測(cè)控單元2的控制器提供系統(tǒng)的一次電流情況。 在設(shè)備一體化后，由于設(shè)備的控制器安裝在外罩內(nèi)，通過(guò)電容式電壓互感器4給
測(cè)控單元2供電，使得設(shè)備的電源與主設(shè)備實(shí)現(xiàn)一體化。另外它還是整套設(shè)備的安裝底座
和絕緣支柱。 另外上法蘭5、下法蘭11、和空心復(fù)合絕緣子之間有密封圈進(jìn)行密封，橋體1安裝在空心復(fù)合絕緣子內(nèi)，上面與上銅排連接、下部先與電流互感器9的出線排相連接，后與下銅排連接，熔斷器、非線性電阻7、和橋體1三者并聯(lián)，呈"品"字型安裝在空心復(fù)合絕緣子內(nèi)腔中央，電流互感器9安裝在下部，電容式電壓互感器4電壓分接頭接入電源變壓器，電源變壓器輸出給測(cè)控單元2供電，為保證供電的可靠性，另配有高性能蓄電池作為后備電源，兩組電源并聯(lián)供電，確保各種工況下不掉電。 在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于裝置中橋體1、熔斷器、和非線性電阻7(可采用氧化鋅電阻)與限流電抗器并聯(lián)，其中橋體1的直流電阻為微歐級(jí)的、限流熔斷器的直流電阻為毫歐級(jí)的，限流電抗器的電阻為歐姆級(jí)的，非線性電阻7的電阻為兆歐級(jí)的，所以當(dāng)它和限流電抗器并聯(lián)時(shí)，主回路中的電流全部從橋體1中流過(guò)，這樣限流電抗器的壓降和有功損耗的問(wèn)題就得到了解決。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，高速開(kāi)關(guān)在3ms內(nèi)斷開(kāi)(此時(shí)的短路電流僅達(dá)到預(yù)期短路電流值的20-50% )，快速地把限流電抗器投入，從而充分地發(fā)揮了限流電抗器的限流作用。
權(quán)利要求
一種節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置，由大容量高速開(kāi)關(guān)和限流電抗器并聯(lián)組成，其特征在于其中大容量高速開(kāi)關(guān)包括管狀絕緣外殼(8)，該絕緣外殼(8)兩端封閉，并且在該兩端分別安裝有上法蘭(5)和下法蘭(11)，在上法蘭(5)和下法蘭(11)上均設(shè)有引出端子；在絕緣外殼(8)內(nèi)安裝有橋體(1)、熔斷器、和非線性電阻(7)，還安裝有由控制器和電流互感器(9)組成的測(cè)控單元(2)，其中橋體(1)、熔斷器、和非線性電阻(7)三者并聯(lián)后一端與上法蘭(5)的引出端子電連接，而另一端與下法蘭(11)的引出端子電連接；測(cè)控單元(2)與橋體(1)電連接，測(cè)控單元(2)中的電流互感器(9)套裝在橋體(1)、熔斷器、和非線性電阻(7)并聯(lián)后任意一側(cè)的導(dǎo)線上。
2. 如權(quán)利要求1所述的節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置，其特征在于其中下法蘭(11)還與 一電容式電壓互感器(4)的一端固定連接，該電容式電壓互感器(4)的輸出端與測(cè)控單元 (2)的供電電路電連接從而為測(cè)控單元(2)供電。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置，其特征在于其中引出端子是 銅排。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置，其特征在于其中絕緣外殼(8) 是空心復(fù)合絕緣子。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置，其特征在于其中在絕緣外殼 (8)內(nèi)還安裝有蓄電池，該蓄電池與測(cè)控單元(2)的供電電路電連接從而提供備用電源。
6. 如權(quán)利要求2所述的節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置，其特征在于其中電容式電壓互感 器(4)的輸出端通過(guò)變壓器與測(cè)控單元(2)的供電電路電連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將限流電抗器與大容量高速開(kāi)關(guān)并聯(lián)組成的限流設(shè)備，尤其是節(jié)能型戶外電網(wǎng)限流裝置，由大容量高速開(kāi)關(guān)和限流電抗器并聯(lián)組成，其特點(diǎn)是，其中大容量高速開(kāi)關(guān)包括管狀絕緣外殼(8)，該絕緣外殼(8)兩端封閉，并且在該兩端分別安裝有上法蘭(5)和下法蘭(11)，在上法蘭(5)和下法蘭(11)上均設(shè)有引出端子；在絕緣外殼(8)內(nèi)安裝有橋體(1)、熔斷器、和非線性電阻(7)，還安裝有由控制器和電流互感器(9)組成的測(cè)控單元(2)。本發(fā)明不僅可在中壓系統(tǒng)使用，而且對(duì)110kV、220kV高壓電網(wǎng)的短路電流限制也有非常明顯的效果。
文檔編號(hào)H02H9/02GK101702517SQ20091011762
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者晉毓斌, 朱代忠, 樊益平, 王川, 艾紹貴, 黃永寧 申請(qǐng)人:寧夏電力公司電力科學(xué)研究院;安徽眾鑫電力技術(shù)有限公司