一种模块化的限流装置及其控制方法与流程

本发明涉及高压电器技术领域，尤其涉及一种模块化的限流装置及其控制方法。

背景技术：

随着国民经济的发展，电力系统也在迅速发展。用户用电量的飞速增加，出现的短路电流也越来越高，超过了断路器的开断容量，因此抑制短路电流成为目前亟待解决的问题。故障限流器能够降低故障电流峰值，减轻断路器的开断负担，提高线路的输电能力，是一种较为可行的抑制短路电流的解决方案。

现有技术中，可实用化的故障限流器主要可分为新型材料型、电力电子型以及电感限流型；其中，新型材料型故障限流器主要有超导型故障限流器和热敏电阻型故障限流器；超导型故障限流器同时具有检测、转换和限流功能，限流速度快，是故障限流器重要的发展方向，但由于超导型故障限流器在外界工作时，容易受到外界环境的影响出现失超现象，而为了保护超导型故障限流器的工作安全，需要复杂的保护回路，影响系统运行的稳定性，并且其需要配套的制冷设备或整流设备，能耗较大。

电力电子型限流器主要是固态限流器；固态限流器的优点是对短路电流的控制迅速、灵活，但目前造价较高，体积较大，在大功率电力系统中，能耗也很大。

电感限流型限流器可分为串联谐振型限流器和固定电感型限流器；串联谐振型限流器可以迅速限制短路电流，正常运行时还可以起到串补作用，但其中的电抗器功率损耗较大，运行维护成本高；固定电感型限流器是在电网中串接入固定电感量的电抗器，起到增大回路电感而限制短路电流的作用，其主要缺点是体积庞大，损耗高。

由上述可知，现有技术中在抑制短路电流时，使用的故障限流器能耗大、成本较高并且体积较大。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种模块化的限流装置及其控制方法，解决了使用的故障限流器能耗大、成本较高并且体积较大的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面、本发明实施例提供一种模块化的限流装置，包括：电流互感器、电压互感器、控制单元以及限流模块；

其中，电流互感器与限流模块串联，限流模块由快速真空开关、限流电抗器以及过电压吸收器并联组成；

电压互感器的首端连接在电网中，电压互感器的尾端接地，电压互感器用于测量系统电压；电流互感器用于采集电网电流；

控制单元，用于判断电流互感器采集的电网电流与预设阈值1和预设阈值2的大小关系；判断电压互感器采集的系统电压是否有电压降落；其中，当预设阈值1＞电网电流≥预设阈值2并且系统电压有电压降落时，发出分闸指令；其中预设阀值1为快速真空开关开断的电流门槛值，预设阀值2为判断电网出现故障的门槛值；

快速真空开关，用于根据控制单元发出的分闸指令切换至分闸状态，快速真空开关的灭弧室中的电弧快速熄灭后，将电网短路电流转移至限流电抗器并实现电网短路电流的抑制；

过电压吸收器，用于吸收快速真空开关分闸时产生的过电压。

具体的，快速真空开关为涡流斥力机构快速真空开关；限流电抗器为干式空心电抗器，过电压吸收器为避雷器。

具体的，限流装置还包括绝缘平台；限流装置安装于绝缘平台上方，绝缘平台用于将限流装置绝缘。

具体的，绝缘平台为：高压支柱绝缘子。

具体的，限流模块可以多模块串接，实现限流深度可控。

具体的，三相开关为单独控制，而同一相的各限流模块使用同一套控制模块，各限流模块同步动作，单一限流模块限流失败不会影响其他限流模块的正常投运。

第二方面、本发明实施例提供一种如第一方面提供的任一项模块化的限流装置的控制方法，包括：

采集电网电流；

测量系统电压；

判断电网电流与预设阈值1和预设阈值2的大小关系；判断系统电压是否有电压降落；其中，当预设阈值1＞电网电流≥预设阈值2并且系统电压有电压降落时，发出分闸指令；

根据分闸指令切换至分闸状态，快速真空开关的灭弧室中的电弧快速熄灭后，将电网短路电流转移至限流电抗器并实现对电网短路电流的抑制；

吸收快速真空开关分闸时产生的过电压。

本发明实施例提供的模块化的限流装置及其控制方法，当控制单元发出分闸指令后，快速真空开关根据分闸指令切换至分闸状态，并将电网电流转移至限流电抗器中，实现了对电网电流的抑制；过电压吸收器用于吸收快速真空开关分闸时产生的过电压，确保电弧熄灭且快速真空开关能可靠分闸；本发明实施例提供的模块化的限流装置结构简单制作的成本更低，体积较小，解决了现有技术中在抑制短路电流时，使用的故障限流器能耗大、成本较高并且体积较大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种限流装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种限流装置的另一结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种限流装置的又一结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种限流装置的再一结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种限流装置的控制方法的流程图。

附图标记：

限流装置-10；

电流互感器-1010；

电压互感器-1020；

控制单元-1030；

限流模块-1040；快速真空开关-1041；限流电抗器-1042；过电压吸收器-1043；

绝缘平台-1050。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一、本发明实施例提供一种模块化的限流装置10，如图1所示包括：电流互感器1010、电压互感器1020、控制单元1030以及限流模块1040。

其中，电流互感器1010与限流模块1040串联，限流模块1040由快速真空开关1031、限流电抗器1032以及过电压吸收器1033并联组成。

电压互感器1020的首端连接在电网中，电压互感器1020的尾端接地，电压互感器1020用于测量系统电压；电流互感器1010用于采集电网电流。

需要说的是，如图1所示电流互感器1010的输入端连接限流装置10的输入端a，电流互感器1010的第一输出端连接控制单元1030的输入端，电流互感器1010的第二输出端连接电压互感器1020的输入端、快速真空开关1030的输入端、限流电抗器1040的输入端a以及过电压吸收器1050的输入端。

电压互感器1020的输入端连接电流互感器1010的第二输出端，电压互感器1020的第一输出端连接控制单元1030的输入端，电压互感器1020的第一输出端连接接地端。

快速真空开关1041的第一输入端连接电流互感器1010的第二输出端，快速真空开关1041的第二输入端连接控制单元1030的输出端，快速真空开关1041的输出端连接限流装置10的输出端b。

限流电抗器1042的输入端连接电流互感器1010的第二输出端，限流电抗器1042的输出端连接限流装置10的输出端b。

过电压吸收器1043的输入端连接电流互感器1010的第二输出端，过电压吸收器1043的输出端连接限流装置10的输出端b；限流装置10的输入端a和输出端b串联于电网。

控制单元1030，用于判断电流互感器1010采集的电网电流与预设阈值1和预设阈值2的大小关系；判断电压互感器1020采集的系统电压是否有电压降落；其中，当预设阈值1＞电网电流≥预设阈值2并且系统电压有电压降落时，发出分闸指令；其中预设阀值1为快速真空开关1041开断的电流门槛值，预设阀值2为判断电网出现故障的门槛值。

需要说明的是，实际的应用中，在出现短路电流时，限流装置的输入端的电流会上升，而电流互感器的输出端的电压会降低；因此需要同时判断电流与电压的变化关系。

快速真空开关1041，用于根据控制单元1030发出的分闸指令切换至分闸状态，快速真空开关1041的灭弧室中的电弧快速熄灭后，将电网短路电流转移至限流电抗器1042并实现电网短路电流的抑制。

需要说明的是，这里的电网短路电流是电网发生短路时产生的，当电网正常工作时，电网中的电流为电网电流。

过电压吸收器1043，用于吸收电流互感器1010采集的电流快速真空开关1041分闸时产生的过电压。

需要说明的是，在实际的应用中快速真空开关分闸开断短路电流时，快速真空开关的触头分离后，触头间产生电弧，电弧电流过零瞬间，电弧熄灭，触头上产生暂态恢复电压；因此需要过电压吸收器吸收由于电弧重燃产生的重燃过电压和由于截流产生的截流过电压，避免由于过电压而导致限流电抗器对电网电流的限流失败。

具体的，快速真空开关1041为涡流斥力机构快速真空开关；限流电抗器1042为干式空心电抗器，过电压吸收器1043为避雷器。

需要说明的是，在实际的应用中涡流斥力机构快速真空开关，其电压等级为40.5kV或者72.5kV。其始动时刻小于1ms，全行程时间可达2ms左右；由于快速真空开关动作迅速，可最大限度降低开关重燃过电压发生的可能。

在实际的应用中干式空心电抗器，其电抗值按照快速响应单元的额定电压和测试电路的最大短路电流确定。

如图2所示，本发明实施例提供的模块化的限流装置中的限流模块可以进行多个串联实现对大电流的深度可控；虽然图2中指示给出了一种可实现的连接方式，具体的应用中可以根据实际情况，进行多个限流模块的串联；示例性的，在实际的应用中快速响应单元为快速斥力构的40.5kV/40kA的真空开关，限流电感1为40.5kV/40kA/6.3mH/2Ω的电抗器，可实现电压等级40.5kV故障限流器；10个限流电抗器串联使用，使得限流电抗达到20欧，支柱绝缘子绝缘等级为500kV，可用于500kV交流电网的短路电流限制；在实际的应用中针对三相装置，本发明实施例提供的模块化的限流装置可以单独控制一相电路，即通过将本发明实施例提供的三个限流装置串接于三相装置的每一相电路中，每一相电路中的模块化的限流装置独立运行；任何一个限流装置投入失败不影响其他限流装置的正常投运。

本发明实施例提供的模块化的限流装置，当控制单元发出分闸指令后，快速真空开关根据分闸指令切换至分闸状态，并将电网电流转移至限流电抗器中，实现了对电网电流的抑制；过电压吸收器用于吸收快速真空开关分闸时产生的过电压，确保电弧熄灭且快速真空开关能可靠分闸；本发明实施例提供的模块化的限流装置结构简单制作的成本更低，体积较小，解决了现有技术中在抑制短路电流时，使用的故障限流器能耗大、成本较高并且体积较大的问题。

实施例二、本发明实施例提供一种模块化的限流装置10的具体实施方式，其中快速真空开关为涡流斥力机构快速真空开关，限流电抗器为干式空心电抗器，过电压吸收器为避雷器；具体连接结构如图3所示包括：

电流互感器1010，其中电流互感器的输入端连接限流装置10的输入端a，电流互感器1010的第一输出端连接控制单元1030，电流互感器1010的第二输出端连接涡流斥力机构快速真空开关1041的第一输入端c。

电压互感器1020，其中电压互感器1020的输入端连接电流互感器1010的第二输出端，电压互感器1020的第一输出端连接控制单元1030，电压互感器1020的第二输出端连接接地端。

控制单元1030，其中控制单元1030的输入端连接电流互感器1010的第一输出端和电压互感器1020的第一输出端，控制单元1030的输出端连接涡流斥力机构快速真空开关1041的第二输出端i、第三输入端j、第四输出端k以及开关单元1040的第二输入端。

涡流斥力机构快速真空开关1041，其中涡流斥力机构快速真空开关1041的第一输入端c连接电流互感器1010的第二输出端，涡流斥力机构快速真空开关1041的第二输入端c、第三输入端j、第四输出端k连接控制单元1030的输出端，涡流斥力机构快速真空开关1041的输出端d连接限流装置10的输出端b。

需要说明的是，在实际的应用中涡流斥力机构快速真空开关是通过控制内置的控制开关的闭合与开断，从而实现分合闸线圈的充电和放电，从而驱动涡流盘的运动，继而实现快速真空开关的打开与关闭。

干式空心电抗器1050，其中干式空心电抗器1050的输入端e连接涡流斥力机构快速真空开关1041的第一输入端c，干式空心电抗器1050的输出端f连接涡流斥力机构快速真空开关1041的输出端d。

避雷器1060，其中避雷器1060的输入端g连接涡流斥力机构快速真空开关1041的第一输入端c，避雷器1060的输出端h连接涡流斥力机构快速真空开关1041的输出端d。

具体的，如图4所示，限流装置10还包括绝缘平台1050；限流装置10安装于绝缘平台1050上方，绝缘平台1050用于将限流装置10绝缘。

需要说明的是，由于不同电网的电压等级不同，因此需要改变绝缘单元的绝缘电压等级，从而使得本发明的实施例提供的模块化的限流装置可以安装于各种不同电压等级的电网中。

具体的，绝缘平台1050为：高压支柱绝缘子。

需要说明的是，本发明实施例提供的模块化的限流装置，如图3所示在实际的应用中会将限流装置的输出端b连接至电网主开关A；当电网发生短路时，电流互感器的电网电流会突然增大，电压互感器的电压会有电压降落；此时控制单元根据电流互感器的电流与电压互感器的电压的变化，判定电网电流超限，发出分闸指令使得涡流斥力机构快速真空开关处于分闸的状态，同时涡流斥力机构快速真空开关将电网电流转移至干式空心电抗器所在支路中，从而通过干式空心电抗器对电网电流的抑制；由于涡流斥力机构快速真空开关在分闸时会产生过电压，因此需要将并联于涡流斥力机构快速真空开关两边的避雷器来吸收涡流斥力机构快速真空开关分闸时产生的过电压，确保机构快速真空开关可靠分闸；同时电网主开关A断开，从而实现了对故障点的隔离。

本发明实施例提供的模块化的限流装置，当控制单元发出分闸指令后，快速真空开关根据分闸指令切换至分闸状态，并将电网电流转移至限流电抗器中，实现了对电网电流的抑制；过电压吸收器用于吸收快速真空开关分闸时产生的过电压，确保电弧熄灭且快速真空开关能可靠分闸；本发明实施例提供的模块化的限流装置结构简单制作的成本更低，体积较小，解决了现有技术中在抑制短路电流时，使用的故障限流器能耗大、成本较高并且体积较大的问题。

实施例三、本发明实施例提供一种如实施例一或实施二提供的任一项模块化的限流装置的控制方法，包括：

S101、采集电网电流。

S102、测量系统电压。

S103、判断电网电流与预设阈值1和预设阈值2的大小关系；判断系统电压是否有电压降落；其中，当预设阈值1＞电网电流≥预设阈值2并且系统电压有电压降落时，发出分闸指令。

S104、根据分闸指令切换至分闸状态，快速真空开关的灭弧室中的电弧快速熄灭后，将电网短路电流转移至限流电抗器并实现对电网短路电流的抑制。

S105、吸收快速真空开关分闸时产生的过电压。

本发明实施例提供的模块化的限流装置的控制方法，当发出分闸指令后，根据分闸指令切换至分闸状态，并将电网电流转移至限流电抗器中，实现了对电网电流的抑制；吸收快速真空开关分闸时产生的过电压，确保电弧熄灭且快速真空开关能可靠分闸；本发明实施例提供的模块化的限流装置的控制方法，可以有效的控制限流装置对电网短路造成的短路电流的抑制；解决了现有技术中在抑制短路电流时，使用的故障限流器能耗大、成本较高并且体积较大的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。