[实用新型]一种交流电网中自动限制短路故障电流的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种交流电网中自动限制短路故障电流的装置。防止电网中的高压电气设备因短路故障而毁坏。

背景技术

目前，随着我国电网规模的日益扩大、电力系统中负荷的迅速增长，特别是在2014年底，我国的发电装机容量已经达到12.5亿千瓦，居世界第一，如此众多、大容量机组的投入运行及各大区电网的互联使得电力系统短路电流水平也日益增高，许多地区特别是沿海经济发达地区如上海、江苏、浙江、广东等电网的短路电流水平，已经达到甚至超过《电力规程》所限定的最大允许值。

在一些负荷密度大的城市和地区的500kV和220kV变电站中，预期短路电流水平将可能超过100KA。资料表明，三峡水电站可能的最大短路电流周期分量可达到300KA。目前国际上可生产的开关设备，如目前国际上500kV电压等级的最大开断电流为80KA，如果不及时采取行之有效的技术措施限制短路电流，那么在今后的电网发展中将可能导致电网无高压断路器(开关)可选，这就意味着无法控制驾驭大电网的调度运行。为此，这对电网公司是一个非常迫切而需要解决的大问题。而为限制短路电流值而制作的器件装置称之为电网故障限流器，简称(FCL)。

对电网故障限流器(FCL)的基本技术要求是：

在电网正常运行时表现为零阻抗或微小阻抗，功耗接近于零，最大不超过输送功率的0.25～1％，在电网发生短路故障时，迅速呈现高阻抗以遏制故障电流。要求动作速度快，反应时间小于10ms甚至更短(几毫秒)，即限制到预期值一半以下；具有快速自动复位功能，可实现多次动作；可靠性应高于同时运行的断路器等设备，设备运行维护成本低。

然而在现有的限流技术中，存在着如下问题：

1、固定阻抗和半导体元件的限流作用越大，则在正常工作时的损耗比例越大；

2、超导限流器有良好的限流效果，但需要超低温的运行环境，设备投资近1亿元以及运行维护成本高，在工程上难以推广。

3、经申请人检索，同类型的专利如宁夏电力公司电力科学院授权公告号CN103023000B，该方案存在的问题为，由于平时是将高速开关与限流电抗器并联运行，当短路电流发生时、继电保护装置需要先将高速开关断开后，限流电抗器才能串入发挥限流作用，但实际情况是任何高速开关在交流电路短路瞬间的第一个周波的上半波的时间内即0.01秒(10ms)内，根据开关电弧理论，是无法完全消除灭弧室内的电弧的，而只能在第一个周波的过零点后，即10ms(毫秒)后才能灭弧，这就意味着要经过10ms后上述电抗限流器才能有效地投入工作。在该专利的说明书第[0045]段中也明确写明“该第一智能高速开关在15ms内即刻断开，将第一限流器投入限流运行中”。而在电网实际情况中，短路后的第一个周波(即0～10ms内)对限制短路电流值最为迫切，因为此时位于限流电抗器下端的断路器有可能已经动作，若等待到15ms以后再投入限流器，下端的断路器可能因为灭弧室遮断容量的不足，而无法熄弧，使电弧一直处于燃烧状态，使得电路不能开断或者致使断路器发生爆炸。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种交流电网中自动限制短路故障电流的装置，该装置在正常运行时为低功率损耗(约为5‰～1％)，而在电路发生短路时能够迅速、大幅度、突变地增加电抗器的电抗值数，至少应限制20～50％量值的短路电流，明显减轻短路故障的损害程度。

本实用新型所采用的技术方案是：交流电网中自动限制短路故障电流的装置，具有20～500kV的交流母线，送电馈线上依次接有馈线断路器、馈线电流互感器和两个隔离开关，其特征在于在馈线的两个隔离开关之间串入一个可变电抗限流器，该可变电抗限流器包括由铁芯体、初级绕组和次级绕组组成的主电抗器、气隙电抗器、主断路器和高抗电抗器，其中，初级绕组串接于馈线之中，为第Ⅰ回路；次级绕组与气隙电抗器和主断路器构成第Ⅱ回路；并联于次级绕组两端的高抗电抗器构成第Ⅲ回路；同时，由馈线电流互感器、次级绕组侧电流互感器和安装于变电所中的继电保护控制系统构成检测控制回路。

一种方案在第Ⅱ回路中，主断路器与次级绕组末端之间串入备用分断组件，该备用分断组件包括并联的备用断路器和快速熔断器。

另一种方案在第Ⅱ回路中，主断路器与次级绕组末端之间仅串入快速熔断器。

所述初级绕组与出线侧隔离开关之间串入有载分接开关。