多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器。本发明目的是提供成本较低、适用于500KV及以上电压等级的多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，提高电网运行安全性。本发明的技术方案：多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，从母线依次经主断路器DL0、第1组分级升阻单元接至输电线方向，第1组分级升阻单元上依次并联第2至第n-1组分级升阻单元，最末端并联一电阻Rn，其中第i组分级升阻单元由第i断路器DLi与电阻Ri串联，所述第1组分级升阻单元与第2组分级升阻单元之间经高压隔离开关G1、G2连接，所述电阻Rn两端分别连接过电压保护避雷器FZ1、FZ2并接地，其中n取3～9的任一自然数，1≤i≤n-1。
【专利说明】多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器。适用于电网安全装置【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着我国区域电网总体容量的不断增长，大容量发电机组的不断投入运行以及各大区电网的互联，电力系统短路电流水平日益增高，许多地区电网的短路电流，己经达到甚至超过电力规程所限定的最大允许值。短路电流过大(如达到63kA或SOkA以上)，使电网面临无法开断近区故障的安全威胁，同时造成热效应、电动力效应过大，严重影响电网的安全运行。
[0003]电力系统短路故障对高压电气设备本身和系统的正常运行具有很大的危害性。具体表现在:①短路电流的动、热稳定效应可能会损坏电气设备。一方面，短路电流流过电气设备时，强烈的热效应会引起导体或其绝缘的损坏。另一方面，导体流过短路电流时，受到很大的电动力冲击，引发导体变形，甚至损坏；②短路故障发生时电网中电压会降低，尤其是靠近短路故障点处的电压明显下降，严重影响用户供电，甚至引发设备损坏和造成产品质量不合格等后果；③系统发生短路相当于改变了电网结构，必然引起系统中功率分布的变化。无论在哪一点发生短路，发电机输出的有功功率都将下降，但发电机的输入功率由原动机或进水量决定，不可能立即变化，发电机输入和输出功率的不平衡必然引起转速变化，从而可能导致并列运行的发电机失去同步，破坏系统稳定，甚至造成大面积停电；④不对称接地短路故障产生的不平衡电流会导致严重的不平衡磁通的产生，进而导致在输电线路邻近的通信线路内形成很大的感应电势，从而引发对通信系统的电磁干扰，严重的会危及通信设备和运维人员的人身安全。
[0004]目前国内外电力设备制造厂商所能生产的大部分高压断路器的额定短路开断电流一般在63kA以下，很难满足系统需要开断较大短路电流的要求，而且随着电网容量的不断扩大和全国联网的不断加强，这种矛盾会越来越突出。尽管采用改变电网结构的方法可以解决电网短路电流的抑制问题，但同时损害了电网运行的灵活性与经济性，同时也增加不同段上母线负荷变化调配的难度。因此，如何限制系统短路故障电流已成为现代电网发展中所面临的一个不可回避的重大技术和经济问题。
[0005]电网对故障限流器的要求:故障限流器FCL是一种串接在线路中的电气设备。它正常时阻抗为零或很小，而故障时阻抗很大。对故障限流器的技术要求主要有以下几个方面:
[0006](I)正常运行时，限流装置呈低阻抗或零阻抗状态，系统的有功功率和无功功率损耗小，对系统无任何影响(压降为零);
[0007](2)故障发生后，装置应能在极短时间内动作，在故障电流到达第一个峰值前有效限制短路电流；
[0008](3)有一定的限制容量和限流时间；[0009](4)控制简单，无须高速短路故障检测技术:
[0010](5)动作时不引起系统暂态振荡、过电压等副作用；
[0011](6)不影响继电保护等设备的正确动作；
[0012](7)装置有自动复位功能和多次连续动作能力；
[0013](8)设备的成本及运行费用低，可以承受的体积和重量，可靠性高，维修量和维护费用低。
[0014]故障限流器的实用化进展:
[0015]I)国内情况
[0016]随着FCL受到重视的程度日益提高，国内很多机构单位投入其研究与应用。中国科学院电工研究所联合国内多家单位共同研究开发的我国首台三相高温超导限流器成功将3500A (有效值)限制到635A (有效值)，且短路瞬间波形无突变。由天津机电工业控股集团公司和北京云电英纳超导电缆有限公司联合研制的220kV超导磁饱和型FCL，于2007年成功投入实际应用，是目前世界上挂网试运行的电压等级最高、容量最大的超导限流器。华中科技大学研究的基于串联补偿的FCL使用了真空触发间隙或高速斥力机构操作的合闸开关u弓丨，具有动作速上海交通大学提出了一种适用于中高压电网的磁控开关型故障限流器结构，并研制了一台220kV / 50A限流器模型机。华东冶金学院提出一种由普通电感和IGBT桥路构成的无损耗电阻器式限流器拓扑并取得国家专利浙江大学研制的10kW500A /2500A带交流旁路限流电感采用耦合变压器的新型固态限流器样机于2006年12月在绍兴电力试验站通过试验，
[0017]2)国外情况
[0018]自20世纪90年代初，EPRI推出固态FCL方案后，国外在固态限流器方面的研究取得巨大进展。1993年初,在美国新泽西州Mort Monmouth的ArmyPower Center的4.6kV交流馈电线路上安装了一个由反并联GTO构成的6.6丽的固态断路器，平均工作电流为800A，在发生短路故障300H S的时间内切断故障，起到有效的保护作用；西屋公司与EPRI合作，制造出一台(13.8kV，675A)FCL(与固态断路器SSCB组合)，于95年2月安装在PSE &G的变电站投入运行124J ;日本东北电力公司及日立公司研制了(Distribution CurrentLimiting Device, DCLD)的试验装置,并进行了试验。
[0019]SFCL在国外工程研究文献报道较多，SFCL在国外工程研究文献报道较多，其工程应用方面较早的是1995年Lockheed martin公司(美国)研制的桥路型2.4kV / 80A的超导限流器；在1999年General Atomics公司又研制了指标为15kV / 20kA的桥路型超导限流器；瑞士 ABB公司也分别在1996年和2002年研制了 1.2MVA和6.4MVA的电阻型超导限流器:2004年，日本Toshiba公司利用超导高温材料研制了 66kV750A的超导限流器。
[0020]此外1994年日本富士电机与关西电力公司联合开发出由真空开关和GTO并联构成的400V配电用混合式限流器。1998年ACEC—Transport和GEC-Alsthom开发了交直流两用的混合式故障限流器，且已形成商业化。
[0021]综上所述，现有国内外厂家和研究机构尚未形成500KV及以上电压等级的并易于工程化应用的故障限流器技术。而目前处于研究阶段的500KV电压等级的超导故障限流器试验样机的造价高达8千万-1亿元人民币。但一座500KV的变电站的总投资仅为3-5亿元人民币。如此造价很难进行大规模工程标配化推广应用。其二，目前限流器多以电力电子技术或超导技术来控制电感元件串入短路回路，但是按照传统的电弧熄灭的基础理论，如福州大学张冠生教授主编，西安交通大学王季梅教授主审的《电器基础理论》机械工业出版社【1989】中所述影响交流电弧熄灭的电路参数如下:
[0022]电源电压:其值越大，则恢复电压的最大值也越大，熄弧越困难。
[0023]电弧电流:其值越大,则功率越大,熄弧越困难。电弧电流的波形对熄弧也有影响，希望电弧电流的波形有较长的零休期。
[0024]功率因数角:线路中电感比例越大，则功率因数角越大，熄弧越难。
[0025]对交流开关电器进行开断能力试验，针对目前限流器用电感对开关熄弧是非常不利的因素，也是目前电感型限流器不宜推广的原因。
[0026]实际统计与分析表明，故障限流器只有安装在高压或超高压电网内，才具有实际工程应用价值，才能突显出其在技术和经济方面上的优越性。因高压电网承担着电力系统的主要潮流输送任务，对限流器装置的可靠性提出极其荀刻的要求，当前应用于高压电网的故障限流器工程解决方案不多。超导型故障限流器和电力电子型故障限流器当前还很难推广。现有工程应用的解决方案主要有两种:①加装串联电抗器加装基于串联谐振型的限流器。目前国内外高压电网中大都采用串联电抗器来限制短路电流，其缺点是增加了系统阻抗，消耗大量无功，影响了电网的经济性和安全性。
【发明内容】
[0027]本发明要解决的技术问题是:针对上述存在的问题，提供一种成本较低、可适用于500KV及以上电压等级的多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，以提高电网运行的安全性。
[0028]本发明所采用的技术方案是:一种多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，其特征在于:从母线依次经主断路器DL0、第I组分级升阻单元接至输电线方向，第I组分级升阻单元上依次并联第2至第η-1组分级升阻单元，最末端并联一电阻Rn，其中第i组分级升阻单元由第i断路器DLi与电阻Ri串联，所述第I组分级升阻单元与第2组分级升阻单元之间经高压隔离开关G1、G2连接，所述电阻Rn两端分别连接过电压保护避雷器FZ1、FZ2并接地，其中η取3~9的任一自然数，I≤i≤η_1 ;
[0029]其中电阻Rl至Rn为带抽头的分接头或可控制调节档位的大功率正温度系数材料的热敏电阻器，所述电阻Rl、R2至Rn常温下的阻值大小按整倍数的跳变关系而逐渐增大。
[0030]所述电阻Rl至Rn经短路电流升温后阻值为常温下阻值的10~100倍；所述电阻Rl、R2至Rn常温下的阻值按5~30倍的倍数关系逐渐增大。
[0031]所述电阻Rl至Rn为具有正温度系数的电阻型的高熔点值的金属或其合金材料，置于真空或SF6中绝缘封装。
[0032]所述电阻Rl至Rn为高熔点的导电陶瓷材料及导电高分子聚合物，置于真空或SF6中绝缘封装。
[0033]所述主断路器DLO为SF6断路器或真空断路器；所述第i断路器DLi采用SF6断路器、真空断路器、油断路器或晶闸管电力电子开关。
[0034]所述过电压保护避雷器FZ1、FZ2为高电压等级的氧化锌避雷器。
[0035]所述电阻Rl至Rn采用材料为钨丝、镍丝、钥丝、钼丝、铁丝、铜丝、铁铜钨合金、镍铁合金、镍钴合金、镍铁钴合金、钨铼丝、钨镍钴、钨钥合金、钨镍合金或钨铼合金，或通过其它稀土金属掺杂的耐高温合金体或者为
[0036]氮化物导电陶瓷:氮化锆ZrN、氮化钛TiN、氮氧化硅Si2N20、氮化铌NbN ；
[0037]硼化物导电陶瓷:MoB2、ZrB2、TiB2、LaB6、HfB2、CrB2、TaB2、NbB2、UB2、WB2、MoB、ThB2；
[0038]硅化物导电陶瓷=MoSi2,NbSi2' Cr3Si, Cr3Si2, CrSi2, ZrSi2, Mg2Si' TiSi2' WSi2'VSi2;
[0039]以及通过稀土掺杂的氮化物或硼化物，或硅化物的导电陶瓷体材料，或者为选用导电聚合物材料，包括由复合型导电高分子材料和填充型导电高分子材料构成；填充型包括:炭黑填充型、金属填充型、共混填充型；典型的导电高分子材料为:聚乙炔PA、聚苯胺PAN、聚吡咯PPX、聚噻吩PTH、聚对苯PPP、聚苯亚乙烯PPV等材料制作的大功率电阻器。
[0040]所述电阻Rl至Rn为水泥型、陶瓷型正温度系数的大功率热敏电阻器，或者是以上材料的蜂窝结构体的电阻器。
[0041]若η取3时，常温下电阻R1、R2、R3的阻值分别为0.0025Ω、0.05Ω、1Ω ;当11取4时，常温下电阻Rl、R2、R3、R4的阻值分别为0.001 Ω、0.01 Ω、0.1 Ω、I Ω。
[0042]所述断路器与所述电阻的组件共同集成安置于一个封闭的SF6气体箱中，以GIS组合集成的结构单元进行制造。
[0043]本方案设计中对断路器DL1、DL2、DL3........DLn-1动作的顺序控制方法为，由
第I断路器DLl先动作，依顺为DL2、DL3........DLn-1，最后才是主断路器DLO跳闸，在每`个断路器的跳闸回路中，均加入前一级断路器分闸位置的辅助接点作为闭锁用，以确保前一级开关确实已经开断后，后一级才能断开的。如第I断路器DLl首次跳闸分断后，第I断路器DLl的分闸辅助接点闭合，串联接通了对第2断路器DL2的跳闸回路控制，在第2断路器DL2的跳闸命令到来时，使第2断路器DL2可靠分闸的一种顺序控制闭锁的方法。
[0044]限流电阻器主要是利用了高熔点金属或其合金或导电陶瓷材料的电阻温度系数的特性:随温度变化而快速升阻的原理。
[0045]电阻温度系数:导电材料的电阻随温度变化而变化，其变化的比例常数称为电阻温度系数，用α表示。大多数金属的电阻值随温度的升高而增大，则α为正值，称为正温度系数；但有些材料(如碳)随温度升高电阻值降低，则α为负值，称为负温度系数。设导电材料的温度为h时的电阻为R，则R=RJl+a (t-t0)]
[0046]如果以灯泡内部的钨丝材料为例，当常温下设定为1Ω时，灯泡点亮后，灯泡(在真空环境条件下)内部温度可达2500 °C，而钨的熔点3387 °C，钨的电阻温度系数α =4.5X IO-3oC,R=R0[1+4.5Χ10-3 (2500°C -20°C)]=11.35 倍，即在温度达到 2500°C时，钨丝的电阻值比常温冷态时增加了约11.35倍，称为正温系数的材料。
[0047]当电网主回路中发生三相短路时，短路电流一般比负荷电流大10-20倍，本方案中所串入的电阻相应产生的热量Q=0.24I2Rt，可见电阻所产生的热量与电流的平方成正t匕，因此，由于电阻温度系数的作用，电阻阻值也产生快速的升值，从而起到利用纯电阻增大而限制电网短路电流的目的。
[0048]本发明的有益效果是:本发明在限流器中分级并联正温度系数热敏电阻，由于短路电流将产生热量，当短路故障发生时正温度系数热敏电阻阻值将提高，起到限流作用。本发明正常运行时限流装置的阻抗很小，功率损耗小，而短路故障时串入电阻较高。串入的电阻器阻性阻抗不会引起暂态振荡造成过电压危害。本发明在重合闸时仍保持较大阻抗，确保断路器分断安全。本发明具有自动复位和多次连续动作能力，设备成本低，安全可靠，维护成本低，易工程化推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图1为实施例1的结构示意图。
[0050]图2为实施例1中首次升阻时短路电流分布及原理图。
[0051]图3为实施例1中第I断路器DLl开断后的短路电流分布及原理图。
[0052]图4为实施例2的结构示意图。
【具体实施方式】
[0053]实施例1:如图1所示，本实施例为一种多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，从母线依次经主断路器DL0、第I组分级升阻单元接至输电线方向，第I组分级升阻单元上依次并联第2组分级升阻单元和一个电阻R3，其中第I组分级升阻单元由第I断路器DLl与电阻Rl串联而成，第2组分级升阻单元由第2断路器DL2与电阻R2串联而成。第I组分级升阻单元与第2组分级升阻单元之间经隔离开关Gl、G2连接。电阻R3两端分别连接过电压保护避雷器FZ1、FZ2并接地。本实施例中所有断路器(DL0?DL3)与所有电阻(Rl?R3)的组件共同集成安置于一个封闭的SF6气体箱中，以GIS组合集成的结构单元进行制造。
[0054]本实施例中电阻Rl、R2、R3 (市售产品)为带抽头的分接头或可控制调节档位的大功率正温度系数材料的热敏电阻器，由切换开关触头组和电动驱动机构而构成的可调节的电阻器，其功率按相应电压等级的最大短路功率来配置。本方案中电阻Rl、R2、R3选用了在冷态(常温)和热态(短路时接近熔点并留有适当余量温度)情况下电阻上升明显的高达约10倍的正温系数的高溶点金属、及其合金或导电陶瓷材料。电阻R1、R2、R3在常温下阻值大小按整数倍跳变而逐渐增大的关系递增，本例中常温下电阻Rl、R2、R3的阻值比为
0.0025 Ω:0.05 Ω:1 Ω=1:20:400。
[0055]电阻Rl、R2、R3所选用的材料为大功率、高电压耐压、高熔点值(熔点大于1000°C的材料)的正温度系数的金属及其合金金属或非金属或金属与非金属掺杂的复合材料，为由金属材料和陶瓷硅酸盐材料共混的复合材料，如水泥型、陶瓷型正温度系数的大功率热敏电阻器，或者是以上材料的蜂窝结构体的电阻器。
[0056]对金属型的有正温度系数的合金电阻器，如铁丝、镍丝、钨丝、钥丝、钼丝及其合金体、镍铁合金、镍钴合金、镍铁钴合金、钨镍钴、钨镍合金或钨铼合金材料等二元、三元的耐高温抗氧化合金型电阻器。
[0057]电阻器材料也可以是由导电陶瓷材料，导电的聚合物材料，同时具有正的电阻温度系数的功能，具体材料可以是:①氮化物导电陶瓷，如氮化锆ZYN、氮化钛TiN、氮氧化硅、氮化铌，②碳化物导电陶瓷、③硼化物导电陶瓷，MoB2, ZrB2, TiB2, LaB6, HfB2, CrB2, TaB2,NbB2、UB2、WB2、MoB、ThB2 等陶瓷材料，④硅化物导电陶瓷，MoSi2, NbSi2, Cr3S1、Cr3Si2, CrSi2,ZrSi2、Mg2S1、TiSi2、WSi2、VSi2等导电材料。所述电阻器材料可以是导电聚合物型电阻器，包括由复合型导电高分子材料和填充型导电高分子材料构成。填充型包括:炭黑填充型、金属填充型、共混填充型。导电材料，典型的导电高分子材料为:①聚乙炔PA，②聚苯胺PAN，③聚吡咯PPX，④聚噻吩PTH，⑤聚对苯PPP，⑥聚苯亚乙烯PPV等高分子导电材料及其常规聚合物与金属粉末掺杂物的复合导电材料。
[0058]电阻Rl、R2、R3由绝缘陶瓷或耐高温、聚合物材料包覆，并安置在真空或充有SF6气体玻璃管或石英管或其它耐高温的陶瓷管体内的保护结构中。电阻Rl、R2、R3的材料若选用金属合金材料如铁丝、镍丝、钨、钨铼丝、铁镍合金、钨基合金、铁钴镍合金等材料需加装防止氧化保护层，将其安装于真空的或充有SF6气体玻璃管或石英管或其它耐高温的陶瓷管体内的保护结构中。
[0059]本例中主断路器DLO为SF6断路器或真空断路器，第I断路器DLl和第2断路器DL2采用SF6断路器、真空断路器、油断路器或晶闸管等固态电力电子开关器件，电压等级为110KV、220KV、500KV、750KV、1000KV等任意一种电压水平。本实施例中断路器与电阻的连接可以是分立式也可以将器件安置于SF6气体中按GIS封闭式结构制造。
[0060]本实施例的工作原理如下:在无故障正常情况下，主断路器DL0、第I断路器DL1、第2断路器DL2和高压隔离开关G1、G2均在合闸位置，负荷由母线流向线路方向，线路负荷电流在主断路器DL0、第I断路器DLl上串联接入的电阻Rl=0.0025 Ω，该电阻器运行时功率损耗约为3?4KW，相对较小。
[0061]当线路发生相间或对地金属性短路时，第1、第2断路器的继电保护装置分别启动，由第I断路器DLl先快速跳闸，分断时间为断路器固有分闸时间t=20?30ms，第I断路器DLl跳闸后短路电流分别流向第2组分级升阻单元和电阻R3。
[0062]1、如当D3点(见图1)发生短路时，短路电流流过电阻R1，电阻Rl的温度快速上升，其电阻值快速升高至原来的10倍左右，即由0.0025 Ω提高至0.025 Ω时，第2组分级升阻单元与第I组分级升阻单元阻抗关系构成了 R2:R1=0.05 Ω:0.025 Ω =2:1关系，第2组分级升阻单元起到了分流作用。如图2所示，假设500KV系统初始短路电流为70KA，系统内阻R0=500/70=7.14Ω，此时70KA流向第I组分级升阻单元的电流为Id= (2/3) X [Ue/(R0+Rl//R2)] = (2/3) X 500KV/ (7.14Ω+0.0167 Ω )=46.575KA，流过第 2 组分级升阻单元的电流为23.28KA，而第I断路器DLl的开断容量为63KA，可以满足其开断容量的要求。
[0063]2、如图3所示，当第I断路器DLl开断后，短路电流全部涌向第2组分级升阻单元和电阻R3，由于R2为正温系数材料电阻，经过短路电流后，R2温度急剧升高，其电阻也升高10倍以上，由原来冷态的0.05Ω升至0.5Ω，该阻值与R3电阻比例为I Ω:0.5Ω=2:1，与上述同样，流过第二回路 DL2 的短路电流为 Id=(2/3) X [Ue/(R0+R2//R3)]= (2/3) X [500KV/(7.14Ω+0.333Ω)]=44.55ΚΑ，该第2断路器DL2遮断容量为63ΚΑ，具备了安全分断能力。
[0064]3、第2断路器DL2开断后，所有的短路电流流向电阻R3，使R3温度急剧升高，由1Ω升至10 Ω，串入主回路，短路电流I=500KV/(7.14 Ω+10 Ω )=29.17KA，由此通过该装置将短路电流限在63KA以内，使遮断容量在63KA的主断路器DLO实现对70KA短路电流的安全分断的装置。
[0065]关于电阻Rl在正常运行时的损耗功率计算，P=I2XR，500KV线路输送功率为100万千瓦，Ie=1250A，P=12502 X 0.0025=3.9KW，这个功率相当一台三相柜式空调机的电力消耗，按负荷曲线年损耗约2万度电量，供电部门在费用上是可以承受的，且在负荷较低时所消耗的功率会更少些。[0066]继电保护及二次控制回路设计断路器跳闸顺序如下:如当D3点发生短路故障时，由第I断路器DLl快速先跳开，时间为10-20ms，当第I断路器DLl跳开后再跳开第2断路器DL2，第2断路器DL2合闸回路串入第I断路器DLl分闸后的辅助点作为闭锁，确保在第I断路器DLl分闸后才能断开，当第I断路器DL1、第2断路器DL2均断开后产生占用时间约30-40ms，主回路中已经串入电阻R3，R3已升值I Ω升至约10 Ω，而一般主断路器DLO的开断时间约50-80ms，设计中要求在主断路器DLO继电保护整定的动作时间之前完成电阻R3的升温升阻过程，最终目的是使主断路器DLO回路中实现限流的目的。理论计算，主回路的短路电流串入R3=10Q后，短路电流由70KA下降为500KV/(7.14 Ω+10 Ω )=29.17KA，这样可以使遮断容量为63KA的断路器可在70KA电流下安全开断，同时本装置由于热敏电阻具有热阻值可保持1-10分钟的高电阻值特性，可以使主断路器DLO的重合闸及二次重合闸的重合于永久性故障时大大减少合闸时的故障电流值，同时电阻为纯阻性的阻抗，对高压断路器的灭弧创造了极为良好的负载条件。
[0067]为提高第2断路器DL2开关的动作时间，实际工程中也可以将第2断路器DL2开关电力电子固态开关器件来实现，经多级串并并联的晶闸管器件，GT0, IGBT、IGCT等大功率可关断器件经多级串并联经光控或其它方式控制可以快速关断回路电流，动作时间可在5ms-10ms内完成。这样第I断路器DL1、第2断路器DL2总的开断时间可控制在20_30ms内完成。确保在主断路器DLO整定为开断时间如50-100ms的时间内，使R3明显地阻值升值。
[0068]实施例2:如图4所示，本实施例为一种多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，本实施例的结构与工作原理与实施例1基本相同。从母线依次经主断路器DL0、第I组分级升阻单元接至输电线方向，第I组分级升阻单元上依次并联第2、第3组分级升阻单元和一个电阻R4，其中第I组分级升阻单元由第I断路器DLl与电阻Rl串联而成，第2组分级升阻单元由第2断路器DL2与电阻R2串联而成，第3组分级升阻单元由第3断路器DL3与电阻R3串联而成。第I组分级升阻单元与第2组分级升阻单元之间经隔离开关GU G2连接。电阻R4两端分别连接过电压保护避雷器FZ1、FZ2并接地。常温下电阻R1、R2、R3、R4 的阻值分别为 0.001 Ω、0.01 Ω、0.1 Ω、I Ω。
【权利要求】
1.一种多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，其特征在于:从母线依次经主断路器DLO、第I组分级升阻单元接至输电线方向，第I组分级升阻单元上依次并联第2至第η-1组分级升阻单元，最末端并联一电阻Rn，其中第i组分级升阻单元由第i断路器DLi与电阻Ri串联，所述第I组分级升阻单元与第2组分级升阻单元之间经高压隔离开关GU G2连接，所述电阻Rn两端分别连接过电压保护避雷器FZ1、FZ2并接地，其中η取3~9的任一自然数，I ≤ i≤n-1 ； 其中电阻Rl至Rn为带抽头的分接头或可控制调节档位的大功率正温度系数材料的热敏电阻器，所述电阻Rl、R2至Rn常温下的阻值大小按整倍数的跳变关系而逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，其特征在于:所述电阻Rl至Rn经短路电流升温后阻值为常温下阻值的10~100倍；所述电阻R1、R2至Rn常温下的阻值按5~30倍的倍数关系逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，其特征在于:所述电阻Rl至Rn为具有正温度系数的电阻型的高熔点值的金属或其合金材料，置于真空或SF6中绝缘封装。
4.根据权利要求2所述的多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，其特征在于:所述电阻Rl至Rn为高熔点的导电陶瓷材料及导电高分子聚合物，置于真空或SF6中绝缘封装。
5.根据权利要求1所述的多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，其特征在于:所述主断路器DLO为SF6断路器或真空断路器；所述第i断路器DLi采用SF6断路器、真空断路器、油断路器或晶闸管电力电子开关。
6.根据权利要求1所述的多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，其特征在于:所述过电压保护避雷器FZ1、FZ2为高电压等级的氧化锌避雷器。
7.根据权利要求2所述的多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，其特征在于:所述电阻Rl至Rn采用材料为钨丝、镍丝、钥丝、钼丝、铁丝、铜丝、铁铜钨合金、镍铁合金、镍钴合金、镍铁钴合金、钨铼丝、钨镍钴、钨钥合金、钨镍合金或钨铼合金，或通过其它稀土金属掺杂的耐高温合金体或者为 氮化物导电陶瓷:氮化锆ZrN、氮化钛TiN、氮氧化硅Si2N20、氮化铌NbN ；
硼化物导电陶瓷:MoB2、ZrB2, TiB2' LaB6' HfB2, CrB2, TaB2' NbB2' UB2, WB2, MoB, ThB2 ；
硅化物导电陶瓷:MoSi2、NbSi2' Cr3S1、Cr3Si2' CrSi2, ZrSi2' Mg2Si' TiSi2' WSi2、VSi2 ； 以及通过稀土掺杂的氮化物或硼化物，或硅化物的导电陶瓷体材料，或者为选用导电聚合物材料，包括由复合型导电高分子材料和填充型导电高分子材料构成；填充型包括:炭黑填充型、金属填充型、共混填充型；典型的导电高分子材料为:聚乙炔PA、聚苯胺PAN、聚吡咯PPX、聚噻吩PTH、聚对苯PPP、聚苯亚乙烯PPV等材料制作的大功率电阻器。
8.根据权利要求8所述的多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，其特征在于:所述电阻Rl至Rn为水泥型、陶瓷型正温度系数的大功率热敏电阻器，或者是以上材料的蜂窝结构体的电阻器。
9.根据权利要求2所述的多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，其特征在于:若η取3时，常温下电阻Rl、R2、R3的阻值分别为0.0025 Ω、0.05 Ω、1 Ω ;当11取4时，常温下电阻Rl、R2、R3、R4的阻值分别为0.001 Ω、0.01 Ω、0.1 Ω、I Ω。
10.根据权利要求1所述的多断路器与正温型电阻组合分级升阻的故障限流器，其特征在于:所述断路器与所述电阻的组件共同集成安置于一个封闭的SF6气体箱中，以GIS组合集成的结构单元进行制造。
【文档编号】H02H3/08GK103779856SQ201410036647
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】张健 申请人:张健