一种限制电网短路故障电流的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种限制电网短路故障电流的装置及方法，包括：第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组、第二隔离刀闸、旁路断路器、避雷器、阻尼电抗器、电力电子固态开关和旁路隔离刀闸；所述第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组和第二隔离刀闸依次串联；所述阻尼电抗器与电力电子固件开关串联连接；所述阻尼电抗器和电力电子固件开关组成的串联支路、旁路断路器以及避雷器均并联在所述电容器组两端；所述第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组和第二隔离刀闸组成串联支路两端接有旁路隔离刀闸；本发明专利技术提供的装置接入电网变压器的中性点侧，可以有效限制电网短路故障发生时的短路电流，保证电网安全运行。

A device and method to limit short circuit fault current of power grid

The invention relates to a device and a method for limiting the short-circuit fault current of a power grid, including: a first isolating switch, a series reactor, a capacitor bank, a second isolating switch, a bypass circuit breaker, a lightning arrester, a damping reactor, a power electronic solid-state switch and a bypass isolating switch; the first isolating switch, a series reactor, a capacitor bank and a second isolating switch are in series successively; and The damping reactor and the power electronic firmware switch are connected in series; the series branch, bypass circuit breaker and arrester composed of the damping reactor and the power electronic firmware switch are connected in parallel at both ends of the capacitor bank; the two ends of the series branch composed of the first isolation switch, the series reactor, the capacitor bank and the second isolation switch are connected with the bypass isolation switch; the The device connected to the neutral side of the power grid transformer can effectively limit the short-circuit current when the power grid short-circuit fault occurs and ensure the safe operation of the power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种限制电网短路故障电流的装置及方法
本专利技术涉及电力系统自动化领域，具体涉及一种限制电网短路故障电流的装置及方法。
技术介绍
随着电力系统的快速发展，电网各电压等级系统容量越老越大，500kV、220kV网架结构日益增强，特别在沿海经济发达地区，500kV变电站间距已缩小到30～60km，电源容量加大而线路阻抗减小致使电网短路故障电流超标越来越严重。电网短路电流超出50kA后既考验输电线路断路器的遮断能力也对变压器绕组结构稳定造成影响。目前500kV输电线路断路器的最大短路电流遮断能力仅达到63kA，220kV输电线路断路器的最大短路电流遮断能力仅为50kA，而在部分负荷中心地区500kV、220kV电网的三相或单相对地短路故障电流已超过这一数值。高压断路器强行分断超出其遮断能力的短路电流有可能引起断路器爆炸，严重影响电网运行安全。目前的应对手段主要是通过电网调度调整运行方式，打开电磁环网使电网开环运行或在输电线路中加装串联电抗器，但这些办法限制了电网运行的灵活性、安全性和可靠性，降低了输电线路的输电容量。短路电流过大已成为困扰电网安全运行、限制电网发展的因素之一。目前虽然已开展了各种限制电网短路电流技术的研究，包括超导技术、非超导技术、磁饱和电抗器、中性点串联小电抗等，但效果均不理想，没有得到大规模推广。故障电流限制器(FaultCurrentLimiter，FCL)需要在正常运行时呈现零阻抗或微小阻抗，而在电网发生短路故障时阻抗迅速增大，以限制短路电流峰值并减小短路电流。FCL装置必须具备快速(<;3-5ms)、大容量、可靠且占地较小的特点。现有技术中，限制电力系统特别是超高压输电网短路故障电流的技术研究由来已久，从技术路线上主要包括以下几大类：1)限流电抗器即在输电线路上串联限流电抗器或在变压器中性点串联小电抗器。这是目前电网广泛采取的限制短路电流的方法，具有成本低、可靠性高的特点。但高压限流电抗器会降低系统稳定裕度，减小系统输电容量，而变压器中性点串联小电抗只能限制电网单相接地故障的短路电流，对于二相或三相接地故障没有限流效果。2)谐振型限流器谐振型限流器是通过电容和电抗的工频谐振原理进行限流的一种技术方案，包括串联谐振型限流器和并联谐振型限流器。串联谐振型限流器通过电容和电抗在工频下串联谐振输出零阻抗的特性，在电网短路时快速旁路电容，由串联电抗限制短路电流。并联谐振型限流器则是在电网发生短路故障时通过晶闸管控制电抗器，形成电容和电抗的工频并联谐振以限制短路电流。谐振型限流器串联在高压输电线路中，对地绝缘要求较高且占地面积较大，成本较高，且只对所在输电线路起限制作用，故而应用较少。3)磁饱和型限流器铁芯电抗器在铁芯深度饱和状态下输出电抗较小而退出饱和状态电抗值增大，由控制系统检测电网故障状态后控制铁芯励磁电流改变铁芯电抗器的输出电抗，可以限制短路故障电流。该方案由于铁芯电抗器损耗较大，铁芯进入和退出饱和状态的时间还不够快速，且应用于超高压电网成本较高，没有在电网中广泛应用。4)超导型限流器基于超导材料特性，使线路在超导临界状态下电阻接近零而在故障时短路电流大于超临界电流装置快速失超形成高电阻以限制短路电流。该方案目前严重依赖超导材料特性，在国外有工程应用的报道但在国内还未发展成熟。5)高电压限流器通过熔断器在出现短路故障电流时限制或断开短路电流也是一种限制短路电流的方法，如高电弧电压限流器等，但只能一次性开断短路电流，无法实现重合闸，具有一定局限性。无论以上哪一种技术路线，都存在一定的缺陷。在工程实践方面，串谐型限流器和磁饱和型限流器在500kV电网有过工程应用，但由于造价、占地、损耗及可靠性等多方面原因，都没有在电网获得大规模推广。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供种限制电网短路故障电流的装置及方法，本专利技术提供的装置接入电网变压器的中性点侧，可以有效限制电网短路故障发生时的短路电流，保证电网安全运行。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种限制电网短路故障电流的装置，其改进之处在于，所述装置包括：第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组、第二隔离刀闸、旁路断路器、避雷器、阻尼电抗器、电力电子固态开关和旁路隔离刀闸；所述第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组和第二隔离刀闸依次串联；所述阻尼电抗器与电力电子固件开关串联连接；所述阻尼电抗器和电力电子固件开关组成的串联支路、旁路断路器以及避雷器均并联在所述电容器组两端；所述第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组和第二隔离刀闸组成串联支路两端接有旁路隔离刀闸。优选的，所述避雷器的类型为金属氧化物避雷器。优选的，所述串联电抗器和阻尼电抗器的类型均为油浸式铁芯电抗器，所述串联电抗器的阻抗范围为10～20欧姆，所述阻尼电抗器的阻抗范围为2～5欧姆。优选的，所述电容器组的容值范围为318uf～159uf。优选的，所述电力电子固态开关包括：平均通态电流5000A、瞬时涌流90kA的晶闸管阀或平均通态电流5000A、瞬时涌流90kA的IGBT阀。进一步的，所述晶闸管阀由多个晶闸管串联阀连接组成；所述晶闸管串联阀由电阻和电容组成的串联支路与两个反向并联的晶闸管并联组成。进一步的，所述IGBT阀由多个IGBT串联阀连接组成；所述IGBT串联阀由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和IGBT构成；所述第一二极管的阴极与第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极与第四二极管的阳极连接，所述第四二极管的阴极与第三二极管的阴极连接，所述第三二极管的阳极与第一二极管的阳极连接；所述IGBT的集电极与第一二极管和第二二极管之间的连接点连接；所述IGBT的发射极与第三二极管和第四二极管之间的连接点连接。优选的，电力系统各相变压器中性点与接地点之间分别设有一个所述装置。优选的，电力系统各相变压器中性点与接地点之间设有一个所述装置。进一步的，所述装置中的第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组和第二隔离刀闸组成的串联支路与旁路隔离刀闸之间的一个连接点与电网各相变压器中性点连接，所述装置中的第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组和第二隔离刀闸组成的串联支路与旁路隔离刀闸之间的另一个连接点与接地点连接。一种所述的限制电网短路故障电流的装置的限制电网短路故障电流的方法，其改进之处在于，所述方法包括：断开所述旁路隔离刀闸，当电网发生单相/三相对地或相间短路故障时，通过触发线路触发所述电力电子固态开关导通，闭合所述旁路断路器；所述旁路断路器闭合后，停止触发所述电力电子固态开关；电网恢复正常运行后，断开所述旁路断路器。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术提供的装置结构简单、运行电压低、成本低且占地面积小的特点，便于500kV、220kV变电站改的扩建改造。其设计优点如下：1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种限制电网短路故障电流的装置，其特征在于，所述装置包括：第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组、第二隔离刀闸、旁路断路器、避雷器、阻尼电抗器、电力电子固态开关和旁路隔离刀闸；/n所述第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组和第二隔离刀闸依次串联；/n所述阻尼电抗器与电力电子固件开关串联连接；/n所述阻尼电抗器和电力电子固件开关组成的串联支路、旁路断路器以及避雷器均并联在所述电容器组两端；/n所述第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组和第二隔离刀闸组成串联支路两端接有旁路隔离刀闸。/n

【技术特征摘要】
1.一种限制电网短路故障电流的装置，其特征在于，所述装置包括：第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组、第二隔离刀闸、旁路断路器、避雷器、阻尼电抗器、电力电子固态开关和旁路隔离刀闸；
所述第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组和第二隔离刀闸依次串联；
所述阻尼电抗器与电力电子固件开关串联连接；
所述阻尼电抗器和电力电子固件开关组成的串联支路、旁路断路器以及避雷器均并联在所述电容器组两端；
所述第一隔离刀闸、串联电抗器、电容器组和第二隔离刀闸组成串联支路两端接有旁路隔离刀闸。


2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述避雷器的类型为金属氧化物避雷器。


3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述串联电抗器和阻尼电抗器的类型均为油浸式铁芯电抗器，所述串联电抗器的阻抗范围为10～20欧姆，所述阻尼电抗器的阻抗范围为2～5欧姆。


4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电容器组的容值范围为318uf～159uf。


5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电力电子固态开关包括：平均通态电流5000A、瞬时涌流90kA的晶闸管阀或平均通态电流5000A、瞬时涌流90kA的IGBT阀。


6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述晶闸管阀由多个晶闸管串联阀连接组成；
所述晶闸管串联阀由电阻和电容组成的串联支路与两个反向并联的晶闸管并联组成。


7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述IGBT阀由多个IGBT串...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵刚，邓泽官，王轩，罗健，杨二丽，陈奇，刘绍龙，陈玉龙，郭敏凯，李兰芳，金雪芬，刘洋，
申请(专利权)人：中电普瑞科技有限公司，中电普瑞电力工程有限公司，南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11