一种组合式大容量断路器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种组合式大容量断路器系统。本发明专利技术的目的是提供一种经济可靠的组合式大容量断路器系统，以解决现有的断路器开断能力不够、价格昂贵、安全性差的问题。本发明专利技术的技术方案是：组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述断路系统由主回路上的主断路器和短接断路器、限流变压器、二次侧开断组件和继电保护控制单元组成，其中：发电机电源侧出口处与主断路器连接，短接断路器与主断路器串联连接，短接断路器的两端并联限流变压器一次侧绕组的两端，限流变压器二次侧绕组的两端与二次侧开断组件并联连接；所述继电保护控制单元用于自动控制各断路器的跳闸及合闸动作。本发明专利技术适用于电气工程领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电气工程领域，尤其是大型发电机出口处的组合式大容量断路器系统。
技术介绍
大容量发电机断路器安装在发电机与主变压器之间，可以对提高电厂运行效率和可靠性对保护发电机起到至关重要的作用。目前，容量为60万千瓦以上的发电机组出口装设断路器已渐成趋势。然而，大容量发电机断路器开断短路电流100kA以上价格昂贵，目前国内外只有极少数企业有成套能力(包括ABB、阿尔斯通、三菱、西开电气等)。目前，大型发电机的容量已达到百万千瓦水平、电网中跨区电网的最大短路电流已经接近断路器的最大遮断容量值，因而对大开断能力断路器的需求十分迫切。断路器生产厂家目前一台百万千瓦机组的发电机出口回路的断路器，价格高达1000万元～1500万元(人民币)或以上。严重制约投资电厂的经济性，且瞬间开断断路器动作仍有发生飞车事故的可能，而在高压500kV电网中，由于500kV断路器目前的最大开断能力为80KA，超过该电流目前尚未有能力制造。因此，无论是大型发电机出口侧断路器的开断容量，还是电网中对大容量断路器的要求，都迫切需要有：1)对于30kV电压开断短路电流能力达250kA以上，对于500kV电压等级，开断能力80kA以上的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对上述问题，本专利技术提供一种经济可靠的组合式大容量断路器系统，以解决现有的断路器开断能力不够、价格昂贵、安全性差的问题。本专利技术所采用的技术方案是：组合式大容量断路器系统，其特征在于所述断路系统由主回路上的主断路器和短接断路器、限流变压器、二次侧开断组件和继电保护控制单元组成，其中：发电机电源侧出口处与主断路器连接，短接断路器与主断路器串联连接，短接断路器的两端并联限流变压器一次侧绕组的两端，限流变压器二次侧绕组的两端与二次侧开断组件并联连接；所述继电保护控制单元用于自动控制各断路器的跳闸及合闸动作。所述二次侧开断组件为二次侧断路器，优选六氟化硫高压交流断路器。所述二次侧开断组件为电力电子开断组件，由整流桥堆DZ、电容器C1和电容器C2、放电转换开关DK1～DK4及放电电磁铁DCT组成，其中电容器C1和电容器C2并联后再与整流桥堆DZ的两个直流输出端并联，放电电磁铁DCT并联在两个电容器的中间，并且电容器C1、放电转换开关DK1和放电转换开关DK2与电容器C2、放电转换开关DK3和放电转换开关DK4对称布置。所述主断路器优选六氟化硫交流断路器、油断路器或真空断路器。所述短接断路器优选六氟化硫交流断路器或真空断路器，开断时间为3～5ms。所述限流变压器采用三相双绕组变压器，包括一次侧绕组、二次侧绕组、回型硅钢片、绝缘层和有载分接开关，其中，回型硅钢片为带气隙δ的铁芯体。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在短接断路器两端并联限流变压器、同时设置二次侧断路器连续开断的方法，使得短路电流在瞬间转移至限流变压器上，而使通过主断路器的短路电流得以减小，使得目前普遍使用的断路器能够在有安全保障的情况下进行开断，从而避免发生安全事故。本专利技术易实施，制造成本只有目前电厂投入发电机断路器装置资金的2/3左右，不但具有显著的经济效益，而且对发电机的冲击电流也大大减小，安全性得以提高。附图说明图1是本专利技术现有技术的电原理图。图2是本专利技术的电原理图。图3是本专利技术实施例一的电路图。图4是本专利技术实施例二的电路图。图5～图8是实施例二中两组电容器轮流充放电的电路图。具体实施方式如图2所示，本专利技术组合式的大容量断路系统由主回路上的主断路器DL1和短接断路器DL2、限流变压器BK、二次侧开断组件4(二次侧断路器DL3或电力电子开断组件)和继电保护控制单元BH组成，其中：发电机电源侧出口与主断路器DL1连接，短接断路器DL2与主断路器DL1串联连接，短接断路器DL2的两端并联限流变压器BK一次侧绕组N1的两端，限流变压器BK二次侧绕组N2的两端与二次侧开断组件4并联连接。所述变电所或发电厂原有安装的继电保护控制单元BH用于自动控制各断路器的跳闸及合闸动作。所述限流变压器BK一般采用三相双绕组变压器，包括一次侧绕组N1、二次侧绕组N2、回型硅钢片1、绝缘层2和有载分接开关3，其中，回型硅钢片为带气隙δ的铁芯体，以增加其安全性。系统正常运行时，主断路器DL1、短接断路器DL2和二次侧断路器DL3(或电力电子开断组件)分别处于合闸位置，由于限流变压器BK的一次侧绕组N1处于短接断路器DL2的短接状态之中，因此一次侧绕组N1不会呈现电压。当系统发生短路时，如D点故障时，由继电保护控制单元BH(预先设计的程序)指示短接断路器DL2先跳闸，在本设计中短接断路器DL2为一种快速断路器，对其操作机构进行定制改进，要求分断时间在5ms以内快速分断(常规型断路器分断时间为15～25ms)，而当短接断路器DL2分断后，短路电流即流向限流变压器BK的一次侧绕组N1线圈，短路电流I1在N1绕组的线圈上感应出电动势U1，此时变压器呈现的电抗值XL＝U1/I1，设计中取电抗值XL为0.5～1Ω，此时流过限流变压器所产生的功率值P＝U1·I1，在短接断路器DL2分断以后，又当二次侧断路器DL3受到继电保护信号而将限流变压器BK二次侧绕组N2的回路开断后，会使得一次侧绕组N1上电压U1迅速增加，在限流变压器BK上消耗的功率P＝U1·I1，如当U1的增量为2.2倍时，根据系统瞬变能量守恒原则，此时短路电流ID将会减少2.2倍，如果设计中二次侧断路器DL3的分断时间亦为3～5ms，则本系统装置可以在10ms内可将初始的短路电流限制到初始值时的一半以上，或者是原来的三分之一，只要通过设计限流变压器BK初级绕组N1的匝数就能调节限制短路电流的量值。在本装置设计之中，对于短接断路器DL2在选用普通型断路器如通用35kV真空断路器(ZN-35/1500型断路器)时，因其分闸时间通常为25～35ms，而由于本装置的特殊性，要求分闸时间缩短至5ms内，因此，本专利技术需要用快速电磁铁在原断路器的操作机构中进行改造(可以按要求定制)，例如使用电磁力在100～300kg的快速推拉电磁铁连接入ZN-35型的分闸操作杆，选用电磁铁型号为LX3-1000D，生产厂家为苏州力迅磁电科技有限公司，经这样分闸操动机构改造后，可将短接断路器DL2的分闸时间缩短至5ms内。下面通过二个具体实施例作进一步介绍如下：实施例一、众所周知，发生短路故障时，要对系统短路电流进行有效的限制，必须瞬时串联接入一个有一定值数的电阻器或者电抗器DK(图1所示)，如宁夏电力科学研究院的方案(专利号为201310007631.1)，以及浙江大学邱家驹、王虹富“利用串联制动电阻提高风力发电机组低电压穿越能力”的方案。通常在500kV系统中的限流器装置要求串联的阻抗值要求不小于8～10Ω，才能将短路电流ID由70kA下降至500kV/10Ω＝50kA以下的水平。但是，由于断路器DL与电抗器DK是并联情况下开关进行开断，并联电抗器中阻值的大小，直接影响断路器DL的分断能力，当DK阻值过大时，就会造成断路器分闸开断失败，如电抗器阻值Xc若为7Ω时，瞬间在断路器断口形成的电压值为U1＝70kA╳7Ω＝490kV，而这个电压值再乘以短路电流，遮断容量S＝ID·U1，说明该断口所产生的功率值可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述断路系统由主回路上的主断路器(DL1)和短接断路器(DL2)、限流变压器(BK)、二次侧开断组件(4)和继电保护控制单元(BH)组成，其中：发电机电源侧出口处与主断路器(DL1)连接，短接断路器(DL2)与主断路器(DL1)串联连接，短接断路器(DL2)的两端并联限流变压器(BK)一次侧绕组(N1)的两端，限流变压器(BK)二次侧绕组(N2)的两端与二次侧开断组件(4)并联连接；所述继电保护控制单元(BH)用于自动控制各断路器的跳闸及合闸动作。

【技术特征摘要】
1.一种组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述断路系统由主回路上的主断路器(DL1)和短接断路器(DL2)、限流变压器(BK)、二次侧开断组件(4)和继电保护控制单元(BH)组成，其中：发电机电源侧出口处与主断路器(DL1)连接，短接断路器(DL2)与主断路器(DL1)串联连接，短接断路器(DL2)的两端并联限流变压器(BK)一次侧绕组(N1)的两端，限流变压器(BK)二次侧绕组(N2)的两端与二次侧开断组件(4)并联连接；所述继电保护控制单元(BH)用于自动控制各断路器的跳闸及合闸动作。2.根据权利要求1所述的组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述二次侧开断组件(4)为二次侧断路器(DL3)，优选六氟化硫高压交流断路器。3.根据权利要求1所述的组合式大容量断路器系统，其特征在于：所述二次侧开断组件(4)为电力电子开断组件，由整流桥堆DZ、电容器C1和电容器C2、放...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，张京伦，
申请(专利权)人：章则明，张京伦，
类型：发明
国别省市：浙江;33