[发明专利]具有灭弧保护的故障电流泄流装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种具有灭弧保护的故障电流泄流装置及其控制方法，故障电流泄流装置包括：故障泄流器，包括泄流电路和保护电路，泄流电路包括第一泄流电阻和真空开关，保护电路包括第一电容、避雷器、第二电容、第一电阻、可控间隙、超导电阻和第二可控开关，第一泄流电阻和真空开关串联在输电线路和地之间，第一电容、避雷器、串联后第二电容和第一电阻均与泄流电路并联，可控间隙和超导电阻串联后与第二电容并联；控制器，用于在流过避雷器的电流的变化速率大于预设速率阈值时，控制真空开关断开，以及在可控间隙两端的电压大于预设电压阈值时，控制第二可控开关闭合。该泄流装置能够实现对开关的精准控制和对可控间隙的灭弧保护。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种具有灭弧保护的故障电流泄流装置及其控制方法。

背景技术

随着清洁能源的利用不断增加，分布式发电并网容量迅速扩增，提高了电网的输电能力，满足了电力系统负荷增长的需求，但同时也使得各级电网的短路容量增大，目前短路电流可高达100KA且短路电流上升速度进一步加快，若短路故障不能及时得到切除，短路电流流过电气设备和导线时产生的大电动力将严重危害着电力系统设备及电力系统的正常运行。传统的短路故障切除方法是使用继电保护直接开断短路电流，其无法满足开断大短路电流的需求，且故障切除时间长，若仍然使用断路器开断短路电流，不但不能及时切除短路故障，还会给电网带来更大的故障。因此，在电力系统发生故障时将短路电流迅速限制在断路器可开断的安全范围内的故障限流器得到广泛的研究。

故障限流器(Fault Current Limiter，FCL)作为一个支路串联在电路中，当电路发生短路故障时，故障限流器的电阻迅速增大，抑制短路电流增大，使故障电路维持在故障支路可安全切除范围内直到故障切除，当电路正常运行时，为零阻抗状态。故障限流器可分为机械式限流器、固态限流器、超导限流器三大类。机械式限流器由机械开关和限流支路组成；固态限流器(Solid State Fault Current Limiter，SSFCL)相较机械式限流器而言，不由机械开关控制，故障响应速度更快；超导限流器(Superconducting Fault CurrentLimiter，SFCL)利用超导材料在正常情况下为零阻抗，在故障触发时为超大电阻的特性，限制短路电流增加。

然而，故障限流器串联于电路中，自身也会带来许多问题，比如FCL在限制电流的时候电抗等抑制电流的器件对系统暂态稳定产生影响，FCL改变了线路参数特性，影响FCL限流范围以外的保护装置，造成继电保护装置误判。为此，一些技术中考虑了故障限流器自身可承受短路电流能力，提出了如下方案：

方案一：一种限流器后备保护，如图1所示。该方案中，限流由电感LC完成，电力系统正常运行时，电感和电容处于串联谐振，当出现短路故障时，电容C上的电压迅速增加，避雷器ZnO被击穿，电容C被短路打破谐振状态，由于电感具有电流不能瞬间变化的作用，在电流互感器上产生一个反向电流，抑制故障瞬间短路电流增大，使得故障电路断路器可以在安全范围内切除故障支路。考虑到避雷器ZnO长期耐受大电流能力有限，间隙G和快速开关作为后备保护保护避雷器，其中，G的动作时间快于K的动作时间，G不可长时处于受热状态，K可以长时受热且无多大开断条件。

然而，该方案能量损耗大，没有考虑间隙的灭弧能力问题，在间隙残压过大的情况下会多次击穿，严重情况下会产生火花，限流失败，且该方案中含有电阻电感原件，不利于泄流，对系统暂态稳定产生影响。

方案二：一种故障泄流器后备保护拓扑结构如图2所示，电力系统正常运行时，开关S1断开，泄流器与电网相离，当出现故障时，故障电流检测器触发开关S1闭合，泄流器并入电网，故障支路电流部分流过泄流器，从而抑制故障支路的短路电流。在图2中控制间隙F上的电压超过动作电压时，F给真空开关CB一个触发信号强迫电弧过零息弧，在CB电弧到达安全范围后，CB断开，从触发到断开时间短，只有几ms，CB断开后，电流主泄流通道上的电流转移到ZnO避雷器上，间隙G串联R作为ZnO的后备保护，快速开关K和大电阻R作为间隙G的后备保护。