專利名稱：基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，屬于高壓大容量斷路器 組合裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，短路電流水平急劇增加，原有開關(guān)設(shè)備的遮斷容量將 不能滿足要求；同時，基于廠用電可靠性以及快速切除故障等要求，越來越多的發(fā)電廠考慮 裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器(GCB)，但大型發(fā)電機出口短路電流大，國內(nèi)GCB產(chǎn)品遮斷容量不滿 足要求，進口產(chǎn)品即使?jié)M足要求，但其價格極其昂貴，給發(fā)電機出口保護帶來障礙。
電力系統(tǒng)的短路電流也越來越大，尤其是500kV變電站短路電流急劇增加后，造 成變電站已裝設(shè)備遮斷容量不夠。廣東、福建兩省電網(wǎng)遠景的500kV短路電流將達到70kA， 220kV系統(tǒng)短路電流將可能超過80kA，這超出了國產(chǎn)最大遮斷容量的斷路器最大63kA的開 斷能力。雖然國外已有開斷能力超過IOOkA的斷路器，但國際上生產(chǎn)此型號設(shè)備數(shù)量少，售 價必然高。目前高電壓等級的斷路器多為氣體斷路器，解決短路電流過大的最直接方法莫過 于提高現(xiàn)有氣體斷路器的開斷能力。但是，短時間內(nèi)將氣體斷路器開斷能力由現(xiàn)有常規(guī)的 63kA等級提高至數(shù)百千安，技術(shù)上存在很大困難。斷路器并聯(lián)技術(shù)可以成倍提高斷路器遮斷容量。通過多個滅弧室并聯(lián)方式提高斷 路器分斷能力，可以在現(xiàn)有條件下，成倍提高斷路器的載流能力和短路電流分斷能力，因此 是一種可行的方案。但是，直接將斷路器并聯(lián)存在操作的不同期問題，仍然不能解決短路電 流過大的問題；用同步保持裝置實現(xiàn)斷路器并聯(lián)不僅同步可靠性低，且造價很高，因此到目 前為止沒有得到推廣；采用直接串聯(lián)電感的并聯(lián)方式雖可以保證較好的均流效果，但電感 會增大正常運行阻抗，大大降低線路輸送能力，且會提高使用成本。因此上述并聯(lián)方案可靠 性差，不能滿足并聯(lián)開斷的要求。中國專利200710052947. 7 “并聯(lián)型斷路器”雖然提及了斷路器的并聯(lián)技術(shù)，但僅 局限于一種概念性的設(shè)計，且其電抗器部件局限于鐵心式電抗器，工作時存在飽和、發(fā)熱等 鐵心電抗器的固有缺點。中國專利200810197118. 2 “空心耦合電抗器”雖然具有并聯(lián)斷路器部件——稱合 電抗器的設(shè)計思想，但在具體結(jié)構(gòu)中未考慮散熱，在實際運行中必然導致嚴重的后果，因而 不具有可行性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，該斷路器利 用具有高耦合度、正常工作狀態(tài)下能耗小的緊耦合空心電抗器，結(jié)合斷路器使用，能有效實 現(xiàn)電抗器的自動均流和限流功能，從而實現(xiàn)斷路器真正意義上的并聯(lián)，成倍增大斷路器承 受額定電流以及短路電流的能力。
本發(fā)明的技術(shù)方案是基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于由緊耦合空心電抗器和并聯(lián)斷路器組成，其連接方式是緊耦合空心電抗器兩臂的電流輸入 端在電抗器的同一側(cè)，并短接，通過與接線板相焊接連入系統(tǒng)，兩臂的電流輸出端通過與接 線板相焊后分別與兩臺斷路器連接，斷路器的另一端短接并與系統(tǒng)連接，從而整個基于緊 耦合空心電抗器的并聯(lián)斷路器裝置串聯(lián)接入系統(tǒng)，緊耦合空心電抗器輸出端接線板用支柱 絕緣子支撐，固定在預制的平臺上。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于并聯(lián)斷路器為 高壓大容量氣體滅弧室斷路器，共兩臺，并聯(lián)。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于緊耦合空心電 抗器呈圓筒型，分別由接線板、支柱絕緣子和若干單層電感線圈構(gòu)成。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)斷型路器，其特征在于所有單層電感 線圈由單根導線繞制或分裂導線并繞而成，分層排列，層間匝間均有絕緣，這些電感線圈同 軸安置，共有一個中心軸，且匝數(shù)相等，從而達到緊耦合的目的。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于當電流流經(jīng)所 有電感線圈時，相鄰電感線圈中感應(yīng)的磁場方向相反，所有感應(yīng)出同向磁場方向的電感線 圈并聯(lián)，相當于緊耦合空心電抗器的一臂，每一臂所有的單層電感線圈繞向相同，相互并聯(lián) 聯(lián)接。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于緊耦合空心電 抗器的每一層只有同一繞向的電感線圈，相鄰電感線圈的繞向相反，以緊耦合空心電抗器 的最內(nèi)層為第一層，最外層為最后一層計，第一層與第二層間為層間絕緣耐壓材料，第一 層、絕緣材料和第二層共為一個包封，也即第一個包封，包封與包封間為散熱空氣氣道，以 此類推，直至最外的包封。如上所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于緊耦合空心電 抗器電感線圈為空心電感線圈，從而保證良好的線性度。本發(fā)明的有益效果是基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器裝置，成倍增長了 同等電壓等級下斷路器開斷短路電流的水平，提高系統(tǒng)的整體開斷能力，且本發(fā)明在正常 工況下基本不會對系統(tǒng)回路帶來額外的阻抗，對系統(tǒng)的影響微乎其微。而出現(xiàn)故障時，利用 電磁反應(yīng)，實現(xiàn)兩支路的自動均流，從而實現(xiàn)斷路器的自動并聯(lián)，即使斷路器動作時間不一 致，緊耦合空心電抗器在耦合電感的作用下自動限流，也能保證單支路斷路器的正常開斷， 達到了小參數(shù)斷路器開斷大短路電流的目的。
圖1為本發(fā)明緊耦合空心電抗器一個包封中兩單層電感線圈繞制方式示意圖。圖2為本發(fā)明緊耦合空心電抗器一個包封中兩單層電感線圈和絕緣耐壓材料位 置關(guān)系俯視圖。圖3為本發(fā)明緊耦合空心電抗器一個包封中兩單層電感線圈和絕緣耐壓材料位 置關(guān)系和電流輸入輸出端導體連接方式中軸面剖視圖。圖4為本發(fā)明只含兩個包封的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)斷路器中軸面剖視 圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。圖1中標記說明1、2、3、4均為單層電感線圈。圖2中標記說明5-絕緣耐壓材料，6-繞向相反的兩單層電感線圈。圖4中標記說明7-絕緣耐壓材料，8-空氣，9、11、13、15-電流輸入端，10、12、14、 16-電流輸出端，17、19-斷路器輸入端，18,20-斷路器輸出端。如圖1所示，緊耦合空心電抗器的一個包封中兩單層電感線圈1-2、3-4，1-2、3_4 繞向相反，使得當單層電感線圈1、單層電感線圈3端通以同向的電流時，兩單層電感線圈 中產(chǎn)生的磁通方向相反。每個單層電感線圈使用的導體或為單根導線，或為分裂繞組并繞 而成。如圖2所示，根據(jù)線圈所在系統(tǒng)的電壓等級確定線圈的匝間絕緣以及層間絕緣的 絕緣耐壓等級，由絕緣耐壓材料5、繞向相反的兩單層電感線圈6合稱為一個包封。如圖3所示，一個包封中，為降低對兩單層電感線圈層間絕緣的要求，規(guī)定兩線圈 電流流向都為從輸入端流向輸出端，即從單層電感線圈1流向單層電感線圈2，從單層電感 線圈3流向單層電感線圈4，或都從輸出端流向輸入端；這樣保證在軸向處于同一位置或位 置接近的線匝間，電壓盡量小。由于兩線圈繞向相反，在兩線圈通過大小相等的電流時，兩 線圈產(chǎn)生的磁通相互抵消。如圖4所示，電流輸入端9與電流輸出端10之間為絕緣耐壓材料、電流輸入端11 與電流輸出端12之間為一個包封，電流輸入端13與電流輸出端14之間為絕緣耐壓材料、 電流輸入端15與電流輸出端16之間為一個包封，兩包封間為散熱空氣氣道，氣道的水平距 離與緊耦合空心電抗器工作時的功耗有關(guān)。兩包封的電流輸入端9、電流輸入端11、電流輸 入端13、電流輸入端15互相短接后與系統(tǒng)一端相連，兩包封的電流輸出端按繞向相同則短 接，繞向相反則斷開的原則連接，即電流輸出端10與電流輸出端14短接，為緊耦合空心電 抗器一臂的輸出端，與一臺斷路器輸入端17相連，電流輸出端12與電流輸出端16短接，為 緊耦合空心電抗器另一臂的輸出端，與另一臺斷路器輸入端19相連。兩并聯(lián)斷路器的斷路 器輸出端18、斷路器輸出端20短接后連入系統(tǒng)另一端。包封中的電感線圈采用鋁(銅)質(zhì)導線繞制，經(jīng)過一定的外絕緣處理后再由環(huán)氧 樹脂浸透，經(jīng)過固化形成整體。本發(fā)明的三相結(jié)構(gòu)獨立，每相都包括一臺雙臂緊耦合空心電抗器和兩臺并聯(lián)的氣 體斷路器，這些設(shè)備參數(shù)相同，結(jié)構(gòu)一致，故可以其一相說明其原理。所述裝置使用的并聯(lián) 斷路器沒有類型限制，當電壓等級較低時，可采用普遍使用的真空斷路器；而當電壓等級較 高時，可采用廣泛使用的SF6等氣體斷路器。為了保證所述裝置的均流效果，所用緊耦合空心電抗器每臂的阻抗不對稱率在 3%以內(nèi)。當電流流入基于雙臂緊耦合空心電抗器的并聯(lián)斷路器裝置時，兩臺斷路器共同承 擔系統(tǒng)的正常電流和短路電流。由于采用的緊耦合結(jié)構(gòu)，緊耦合空心電抗器每個包封中均 會產(chǎn)生方向相反的磁通。當系統(tǒng)正常運行時，由于緊耦合空心電抗器結(jié)構(gòu)對稱，耦合電感以 漏電抗的形式對外表現(xiàn)，其值很小，其損耗可以忽略，而與緊耦合空心電抗器相連的并聯(lián)斷 路器參數(shù)亦一致，從而保證了系統(tǒng)電流均勻流過緊耦合空心電抗器的兩臂和并聯(lián)斷路器。
系統(tǒng)短路故障時，若流過兩并聯(lián)斷路器的電流大小相等，兩支路電流在緊耦合空 心電抗器兩臂中產(chǎn)生的磁通大小相等，方向相反，對外呈現(xiàn)漏磁通，緊耦合空心電抗器在系 統(tǒng)中僅表現(xiàn)為漏電抗，不會增大系統(tǒng)的負擔；若兩之路中電流大小不等，則在緊耦合空心電 抗器兩臂中會感生出交變的電動勢，由電磁感應(yīng)定律可知，該電動勢使兩支路電流趨于相 等，從而該緊耦合空心電抗器可以保證系統(tǒng)短路故障時，兩支路的斷路器均分系統(tǒng)電流，該 并聯(lián)斷路器的型號應(yīng)完全一致，可選定其額定容量、短路電流等參數(shù)為系統(tǒng)參數(shù)的二分之一
ο
系統(tǒng)短路故障時，若并聯(lián)斷路器滅弧室動作不一致或單臺斷路器故障等原因造成 只有一條支路導通時，緊耦合空心電抗器呈現(xiàn)單臂電抗，比緊耦合狀態(tài)下的漏電抗高2 3 個數(shù)量級，能有效限制流過緊耦合空心電抗器單臂和單臺斷路器滅弧室的電流。
權(quán)利要求
基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于由緊耦合空心電抗器和并聯(lián)斷路器組成，其連接方式是緊耦合空心電抗器兩臂的電流輸入端在電抗器的同一側(cè)，并短接，通過與接線板相焊接連入系統(tǒng)，兩臂的電流輸出端通過與接線板相焊后分別與兩臺斷路器連接，斷路器的另一端短接并與系統(tǒng)連接，從而整個基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)斷路器裝置串聯(lián)接入系統(tǒng)，緊耦合空心電抗器輸出端接線板用支柱絕緣子支撐，固定在預制的平臺上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于并聯(lián) 斷路器為高壓大容量氣體滅弧室斷路器，共兩臺，并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，其特征在于緊耦 合空心電抗器呈圓筒型，分別由接線板、支柱絕緣子和若干單層電感線圈構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的緊耦合空心電抗器，其特征在于所有單層電感線圈由單根 導線繞制或分裂導線并繞而成，分層排列，層間匝間均有絕緣，這些電感線圈同軸安置，共 有一個中心軸，且匝數(shù)相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的緊耦合空心電抗器，其特征在于當電流流經(jīng)所有電感線圈 時，相鄰電感線圈中感應(yīng)的磁場方向相反，所有感應(yīng)出同向磁場方向的電感線圈并聯(lián)，相當 于緊耦合空心電抗器的一臂，每一臂所有的單層電感線圈繞向相同，相互并聯(lián)聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的緊耦合空心電抗器，其特征在于緊耦合空心電抗器的每一 層只有同一繞向的電感線圈，相鄰電感線圈的繞向相反，以緊耦合空心電抗器的最內(nèi)層為 第一層，最外層為最后一層計，第一層與第二層間為層間絕緣耐壓材料，第一層、絕緣材料 和第二層共為一個包封，也即第一個包封，包封與包封間為散熱空氣氣道，以此類推，直至 最外的包封。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的緊耦合空心電抗器，其特征在于緊耦合空心電抗器電感線 圈為空心電感線圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)型斷路器，屬于高壓大容量斷路器裝置領(lǐng)域，其目的在于自動均流、限流，通過緊耦合空心電抗器實現(xiàn)斷路器的并聯(lián)運行。緊耦合空心電抗器兩臂的電流輸入端在電抗器的同一側(cè)，并短接，通過與接線板相焊接連入系統(tǒng)，兩臂的電流輸出端通過與接線板相焊后分別與兩臺斷路器連接，斷路器的另一端短接并與系統(tǒng)連接，從而整個基于緊耦合空心電抗器的并聯(lián)斷路器裝置串聯(lián)接入系統(tǒng)，緊耦合空心電抗器輸出端接線板用支柱絕緣子支撐，固定在預制的平臺上。本發(fā)明通過緊耦合空心電抗器使斷路器并聯(lián)從而可成倍開斷短路電流，提高整體開斷能力。
文檔編號H01F27/32GK101814402SQ20091020894
公開日2010年8月25日 申請日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者何俊佳, 劉飛, 尹婷, 李輝, 杜硯, 潘垣, 袁召, 陳軒恕 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院;華中科技大學