[发明专利]一种限流软开断装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种限流软开端装置。

背景技术

随着国民经济的快速发展，社会对电力的需求不断增加，带动了电力系统的不断发展，单机容量和发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心负荷不断增加，就使得电力系统之间互联，各级电网中的短路电流水平不断提高。尽管如此，一般的做法仍然是采用断路器对故障线路进行开断，一方面保护电力设备，另一方面也避免由于母线电压过低而对用户造成不利影响。随着短路电流水平的不断提高，就需要不断提高断路器的开断容量。为此，研究人员对断路器的电磁与机械结构、触头材料、灭弧介质等方面开展了大量的研究，低压交流断路器的开断容量已经达到了125kA，应用于220kV、330kV、500kV等高压和超高压电力系统的交流断路器的开断容量达到了75kA。然而，进一步提高断路器的开断容量，不仅在技术上已经越来越困难，而且造价也将大幅度提高。此外，断路器不能直接并联使用。因此，电网故障短路电流的开断容量不足已经越来越成为限制电网发展的重要瓶颈问题。

考虑到断路器的开断容量不足，近几年来，多种限制电网短路电流的方法也开始被关注和应用。限制电网短路电流的方法主要有：（1）提高电网电压；（2）解开电网连接，包括断开一些输电线路或双母线间的连接。在出现短路故障时，可以关合备用断路器保障供电；（3）提高电力变压器短路阻抗；（4）装设限流电抗器；（5）装设故障电流限制器。然而，提高电网电压等级的成本太高；解开电网连接的方法，会导致电网的供电可靠性大大降低；采用高阻抗变压器或限流电抗器是目前限制短路电流最简单也是最成熟的方案，但需要消耗无功功率且不利于电网暂态稳定。为了消除限流电抗器的缺点，研究人员提出了故障电流限制器这一解决方案。故障电流限制器在正常条件下阻抗很小，在短路故障时阻抗变大而限流。故障电流限制器分为超导型和非超导型两种。超导型故障限流器分为电阻型、饱和铁芯型、桥路型、感应屏蔽型等结构型式，非超导型故障限流器分为桥路型、串联谐振型、并联谐振型、磁饱和型、并联开关投电抗型等结构型式。超导型和非超导型故障限流器均存在造价高、运行损耗大或可靠性低等缺点，面临很大的挑战。

考虑到现有高压大容量断路器开断容量不足、无法直接并联，超导型和非超导型故障限流器技术尚不成熟，如果在当前能够用一种非常廉价的方式构造大容量断路器，将具有非常积极的意义。中国专利200710052947.7公开了一种并联型断路器，由2~4条支路并联组成，每条支路包括串联的电感线圈和断路器，各支路的电感线圈匝数相等，在铁芯的各磁路中产生的磁通两两相反。该专利采用2~4台相同开断容量的断路器相并联，实现对大电流的开断。但是该断路器在开断过程中，故障电流最大仅能限制到系统短路电流的25%~50%，不具备对线路的软开断能力；并且该专利公开的并联型断路器采用的断路器数量也较多，断路器的开断容量下降不明显。

发明内容

本发明的目的在于克服常规断路器和限流电抗器的缺点，提出一种同时具有限流功能和软开断功能的限流软开断装置。本发明首先将紧耦合双绕组电抗器单个支路与断路器先串联，然后此串联支路再与该紧耦合双绕组电抗器的另一个支路并联，将断路器的开断容量降至短路容量的50%。同时，当该断路器断开后，电抗器的阻抗迅速增加，这样另一台断路器可以不再需要断开，从而实现对故障线路的软开断。本发明提出的限流软开断装置，灵活、易实施，可应用于各种不同电压等级、不同容量的电网系统中。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明限流软开断装置由紧耦合双绕组电抗器、第一断路器、第二断路器、或者再加上电容器构成，所述的紧耦合双绕组电抗器可以为一台或两台。紧耦合双绕组电抗器由第一绕组、第二绕组和矩形的闭合或半闭合铁芯组成，所述的第一绕组和第二绕组的匝数相同，以反并联方式绕制在所述铁芯的两个芯柱上。

本发明可以采用以下几种技术方案：

紧耦合双绕组电抗器的第一绕组和第一断路器先串联，然后紧耦合双绕组电抗器的第一绕组和第二绕组并联，最后紧耦合双绕组电抗器和第二断路器串联。

紧耦合双绕组电抗器的第一绕组和第一断路器先串联，然后紧耦合双绕组电抗器的第一绕组和第二绕组并联，并和电容器并联，最后紧耦合双绕组电抗器和第二断路器串联。