[发明专利]通过变压器中性点闭锁系统和触发断相的电网保护

说明书

公开了一种保护电路。所述保护电路包括电连接在变压器的中性点和接地之间的直流(DC)闭锁组件，以及与所述DC闭锁组件并联电连接的过电压保护装置。过电压保护装置被构造成响应于变压器中性点处的电压高于阈值而可重复且可靠地提供过电压保护。所述DC闭锁组件具有低于预定值的阻抗，从而有效地将变压器的中性点接地。所述DC闭锁组件持续保持与变压器中性点的连接。

本申请作为PCT国际申请于2019年9月27日提交，并要求于2018年9月28日提交的美国临时专利申请号62/738,826的优先权权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于电气设备的电气保护装置；具体地，本公开涉及用于电网保护的系统，例如，变压器中性点闭锁电路和电压触发的变压器相断开。

背景技术

电气系统，特别是高电压、高功率电气系统，在发生重大、意外的电气事件时容易受到损坏。易受损坏的电气系统和装置的具体示例包括高压变压器、发电机、断路器和安装在电网中的无功功率支持设备。

暴露于电磁场可对电气系统造成各种类型的损坏，尤其是包括在诸如电网的敏感电路中的电气系统。例如，电磁脉冲(EMP)和地磁干扰(GMD)事件可对电气设备造成干扰或损坏，导致该设备发生故障或使其无法运行。电气设备也可能被强电磁脉冲或地磁风暴摧毁。EMP辐射的详细特性在军事标准188-125“执行关键、紧急任务的地基C4I设施的高空电磁脉冲保护”和橡树岭国家实验室Meta-R-321“晚期(E3)高空电磁脉冲(HEMP)及其对美国电网的影响”中进行了描述。通常，此类类型的电磁场可在电网中感应电流，例如可包括高压变压器。

在地磁感应电流(GIC)的情况下，可能会出现更多的损坏示例。在这种情况下，在电气设备处也可能经历相当大的感应电流；然而，该电流在电网中出现得更平缓(以秒/分钟为周期，而不是以毫秒为周期)。橡树岭国家实验室Meta-R-319“地磁暴及其对美国电网的影响”中描述了地磁暴的详细特性。在AC电网系统附近操作的HVDC系统可引起可通过接地连接影响AC电网系统的接地电流。一个示例是在接地返回模式中，其中HVDC系统可将DC电流注入到接地电极中，这可导致在附近变压器的中性点中流动的杂散DC电流。

上述每个损坏原因的示例都可导致电网电气部件(例如高压变压器)的故障。这可能会导致不必要的后果，例如大量人口/地区断电。因为这些大型变压器昂贵且通常难以重新定位，所以可能花费大量时间来完成对此类变压器的任何修理或更换。

EMP E3事件包括相对快速(毫秒内)发生的组件，而GIC类型的事件更缓慢地发生。这样，用于电网部件的保护系统或者被配置为针对事件类型的子集进行保护，或者被构造为对各种类型的事件作出响应，并且因此需要快速和缓慢的响应时间。由于这些事件诱发的信号与和电力系统信号相关联的50Hz或60Hz频率相比是低频的，因此它们被认为是直流(DC)或准DC。

另外的考虑是，设计用于保护电网部件不受EMP E3影响的设备必须是有电阻的，并且能够通过EMP的较早E1和E2部件工作。这需要专门的屏蔽和设计规范。Mil-Std 188-125描述了这些条件和必要的补救措施，以及军用标准464“系统的电磁环境影响要求”。使电子设备抵抗EMP E1所需的屏蔽和保护通常可保护其免受其他破坏性高频事件的影响，例如IEC 61000-2-13“高功率电磁(HPEM)环境-辐射和传导”中所述的故意电磁干扰(IEMI)。

在美国专利号8,878,396中描述了可用于防止EMP/IEMI和GIC事件的一个示例性保护系统。该专利描述了一种系统，其中中性点连接限于变压器中性点和接地之间的电路的直流(DC)闭锁组件。在典型操作期间，在EMP/IEMI或GIC事件的情况下，直接接地的并联电路路径保持闭合，并且快速动作开关断开。