本發(fā)明屬于限流保護領域，尤其涉及一種基于首波開斷技術的零損耗深度限流保護裝置。

背景技術：

電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，短路電流一般為額定電流的十幾倍，這給變壓器、發(fā)電機、斷路器、輸電線路等電氣設備造成很大危害，而目前較為經(jīng)濟實用的真空斷路器的開斷能力均在40ka以下，開斷時間需要幾十毫秒。隨著各類型用電企業(yè)的發(fā)展壯大，用電負荷大舉攀升，主變壓器容量也相應增大，各企業(yè)電網(wǎng)系統(tǒng)面臨短路電流已經(jīng)接近和達到負載真空斷路器的最大使用極限，負載側(cè)真空斷路器開斷容量不足、變壓器抗短路電流沖擊能力設計不足等問題，嚴重威脅著企業(yè)安全運行。

面臨越來越嚴重的短路電流超標問題，很多企業(yè)采用高阻抗變壓器限制系統(tǒng)短路電流，但變壓器加大阻抗沒有最終解決限流深度問題，電動力減少甚微，還帶來了有功無功損耗、投資成本上升。

采用普通串聯(lián)限流電抗器也沒有從根本上解決限流深度問題，同時帶來了有功無功損耗、母線壓降、漏磁場等弊病，系統(tǒng)發(fā)生短路時由于限流深度不夠，不能有效的保護發(fā)電機、變壓器等主要電氣設備，在巨大的短路電流沖擊下產(chǎn)生繞組變形而損壞，災難性事故發(fā)生。

目前市場上使用的爆炸型大容量高速開斷裝置和電抗器并聯(lián)運行，雖然解決了電抗器有功無功損耗、電壓降、漏磁場問題，但是當發(fā)生短路故障后其一次元器件動作，電抗器投入后在沒有更換設備前需要長時間工作、電抗器的電抗率受到限制，并沒有解決限流深度問題。該類型裝置動作后需要更換新的備件，方可重新投入運行。

因而開發(fā)一種能快速、可靠的深度限制短路電流的設備，這不僅對電力系統(tǒng)安全、可靠的運行顯得十分重要，而且對降低電氣設備使用廠家的設備成本也有著十分重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的以上問題，提供一種基于首波開斷技術的零損耗深度限流保護裝置，快速可靠的進行深度限流，保障電力系統(tǒng)安全。

為實現(xiàn)上述技術目的，達到上述技術效果，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種基于首波開斷技術的零損耗深度限流保護裝置，包括保護裝置本體以及分布在保護裝置本體內(nèi)部的高速開關；

所述保護裝置本體外側(cè)分別設置有微機綜合保護裝置、專用控制器、顯控、指示燈、按鍵、模擬牌、觀察窗和銘牌，保護裝置本體內(nèi)側(cè)設置有貫穿母線、支撐絕緣子、快速開關、第一電流互感器、第二電流互感器以及兩個觸頭盒，其中貫穿母線通過支撐絕緣子與其中一個觸頭盒相連，另一個觸頭盒通過第一電流互感器與第二電流互感器相連，兩個觸頭盒之間通過快速開關相連；

所述高速開關包括電纜接頭、電流互感器以及相互串聯(lián)的兩個接插件，兩個接插件之間通過真空斷路器相連，其中一個接插件通過電流互感器與電纜頭相連，另一個接插件分別連接有電容、電纜接頭、接地間隙，電容通過電壓傳感器與接地端相連，接地間隙通過非線性電阻與接地端相連。

進一步地，所述高速開關分別與羅氏線圈、電抗器相連，羅氏線圈與高速開關之間還連接有測控單元；該測控單元用于發(fā)送動作指示信號。

進一步地，所述保護裝置本體內(nèi)側(cè)還包括依次串聯(lián)的第一中間繼電器、發(fā)電機斷路器、第二中間繼電器，發(fā)電機斷路器與第二中間繼電器之間依次串聯(lián)有第一電流互感器和第二電流互感器，發(fā)電機斷路器、第一電流互感器、第二電流互感器均與分相控制器相連。

進一步地，所述第一電流互感器為羅氏線圈電流互感器，第二電流互感器為普通電流互感器。

進一步地，所述分相控制器分別與隔離電源與數(shù)字通信接口相連。

進一步地，所述保護裝置本體內(nèi)側(cè)還包括斷路控制系統(tǒng)，該斷路控制系統(tǒng)包括中繼控制器和三個分相控制器，三個分相控制器分別為a相控制器、b相控制器、c相控制器，a相控制器、b相控制器、c相控制器分別內(nèi)置在換流器內(nèi)并獨立控制斷路器單元；所述中繼控制器分別通過光纖與a相控制器、b相控制器、c相控制器相連，中繼控制器通過數(shù)據(jù)接口和信號節(jié)點與中控室進行數(shù)據(jù)通信連接。

進一步地，所述中控室包括控制室后臺和故障錄波器。

進一步地，所述保護裝置本體內(nèi)側(cè)還包括有斷路控制機構(gòu)，該斷路控制機構(gòu)包括真空滅弧室，真空滅弧室外安裝有瓷套，真空滅弧室內(nèi)安裝有靜觸頭和動觸頭，靜觸頭一端與母排接觸相連，靜觸頭另一端與動觸頭接觸相連；動觸頭通過上拉桿與拉桿絕緣子一端相連，拉桿絕緣子另一端連接有下拉桿，下拉桿上分別安裝有銜鐵和渦流盤，銜鐵兩側(cè)分別安裝有合閘保持永磁鐵和分閘保持永磁鐵，渦流盤兩側(cè)分別安裝有分閘線圈和合閘線圈。

進一步地，所述分閘線圈和合閘線圈通過導線相連形成閉合回路，且分閘線圈和合閘線圈之間并聯(lián)有兩個二極管和兩個儲能電容，兩個二極管分別用于分閘控制和合閘控制，兩個儲能電容分別用于分閘儲能和合閘儲能，兩個儲能電容均通過充電電源分別與分閘線圈和合閘線圈相連，充電電源還連接有隔離變壓器。

本發(fā)明的有益效果是：

1、動作速度快：本裝置快速將短路電流開斷，深度限流電抗器將短路電流降至50％以下。

2、開斷能力強：利用對觸頭剛分時間的合理控制，確保各相動作均為臨界過零開斷，使燃弧時間最小，大大增加了滅弧室的開斷余量。

3、限流電抗器限流效果好：無能損耗，無壓降，同時也不會產(chǎn)生漏磁場，只有在短路發(fā)生時投入工作，電抗值可根據(jù)系統(tǒng)需要，將短路電流限制在預期短路電流值的50％以下，從而在發(fā)生短路的過程中將短路電流大大降低，變壓器免受巨大的短路電流沖擊，系統(tǒng)內(nèi)斷路器開斷能力也相應降低。

4、使用壽命長：本裝置中開關使用高速渦流驅(qū)動機構(gòu)，比普通斷路器所使用的彈簧操作機構(gòu)運動部作少80％，且使用簡單的直線運動，沒有復雜的傳動機構(gòu)，磨損極小，機械壽命及可靠性大大提高；同時，本裝置系過零點開斷，期間的燃弧量不到普通斷路器的10％，開斷容量大大提高，觸頭燒灼小，其觸點電壽命呈級數(shù)上升，深限流電抗器無短路發(fā)生時，處于零損耗，不發(fā)熱，無壓降，使用壽命長。

5、性能額靠：在強電磁干擾環(huán)境下，仍能可靠運行，同時，電子控制器帶有實時自檢功能，確保其始終可靠運行，各功能信息均能通過發(fā)送后臺報警監(jiān)控。

6、動作分散度小：由于大幅度的縮短合閘時間并配置了直接驅(qū)動的高速渦流驅(qū)動機構(gòu)，合閘分散度可以控制在0.1毫秒以內(nèi)。

7、合閘無反彈：根據(jù)現(xiàn)場情況，可加裝防觸頭頭撞擊裝置，確保合閘無反彈。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明中的電氣柜本體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中的電氣柜本體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中的高速開關電氣圖；

圖4是本發(fā)明中高速開關的工作原理圖；

圖5是本發(fā)明中的局部控制系統(tǒng)示意圖；

圖6是本發(fā)明中斷路控制系統(tǒng)示意圖；

圖7是本發(fā)明中斷路控制機構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明中的柜體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明中的柜體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明中母線殘壓保持裝置示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“開孔”、“上”、“下”、“厚度”、“頂”、“中”、“長度”、“內(nèi)”、“四周”等指示方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的組件或元件必須具有特定的方位，以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

如圖1至圖2所示的一種基于首波開斷技術的零損耗深度限流保護裝置，包括保護裝置本體以及分布在保護裝置本體內(nèi)部的高速開關；保護裝置本體外側(cè)分別設置有微機綜合保護裝置101、專用控制器102、顯控103、指示燈104、按鍵105、模擬牌106、觀察窗107和銘牌108，保護裝置本體內(nèi)側(cè)設置有貫穿母線109、支撐絕緣子110、快速開關112、第一電流互感器113、第二電流互感器114以及兩個觸頭盒111，其中貫穿母線109通過支撐絕緣子110與其中一個觸頭盒111相連，另一個觸頭盒111通過第一電流互感器113與第二電流互感器114相連，兩個觸頭盒111之間通過快速開關112相連；

如圖3所示，高速開關包括電纜接頭、電流互感器以及相互串聯(lián)的兩個接插件，兩個接插件之間通過真空斷路器相連，其中一個接插件通過電流互感器與電纜頭相連，另一個接插件分別連接有電容、電纜接頭、接地間隙，電容通過電壓傳感器與接地端相連，接地間隙通過非線性電阻與接地端相連。

如圖4所示，高速開關分別與羅氏線圈、電抗器相連，羅氏線圈與高速開關之間還連接有測控單元；該測控單元用于發(fā)送動作指示信號。

通過羅氏線圈，監(jiān)視系統(tǒng)電流，當短路電流大于設定的幅值，高速dcp通過專用算法，快速精確的預測出三相電流過零點的精確時間，分別在每相電流過零之前發(fā)出信號；高速開關在電流接近過零點時三相分別準確分閘開斷，短路電流換流進入深限流電抗器中，限制短路電流，短路電流幅值大大降低；本裝置可在7-15毫秒內(nèi)可將短路電流限制在原幅值50％以下，使系統(tǒng)所受到的短路沖擊大大降低，保護系統(tǒng)內(nèi)變壓器發(fā)電機等電氣設備，同時提高了短路點負載真空斷路器使用壽命，保證了系統(tǒng)的安全運行；短路故躥切除后，測控單元自動檢測母線電壓回升立即給高速開關發(fā)出合闡命令，深限流電抗器退出，可恢復正常運行。

如圖5所示，保護裝置本體內(nèi)側(cè)還包括依次串聯(lián)的第一中間繼電器、發(fā)電機斷路器、第二中間繼電器，發(fā)電機斷路器與第二中間繼電器之間依次串聯(lián)有第一電流互感器和第二電流互感器，發(fā)電機斷路器、第一電流互感器、第二電流互感器均與分相控制器相連；第一電流互感器為羅氏線圈電流互感器，第二電流互感器為普通電流互感器；分相控制器分別與隔離電源與數(shù)字通信接口相連。

如圖6所示，保護裝置本體內(nèi)側(cè)還包括斷路控制系統(tǒng)，該斷路控制系統(tǒng)包括中繼控制器和三個分相控制器，三個分相控制器分別為a相控制器、b相控制器、c相控制器，a相控制器、b相控制器、c相控制器分別內(nèi)置在換流器內(nèi)并獨立控制斷路器單元；中繼控制器分別通過光纖與a相控制器、b相控制器、c相控制器相連，中繼控制器通過數(shù)據(jù)接口和信號節(jié)點與中控室進行數(shù)據(jù)通信連接；中控室包括控制室后臺和故障錄波器。

正常運行期間，斷路控制系統(tǒng)處于合閘位，斷路器承載線路工作電流；線路發(fā)生短路故障時，當且僅當分相控制器通過羅氏線圈電流傳感器的信號檢出了超過斷路控制系統(tǒng)啟動定值的短路電流時命令時，斷路控制系統(tǒng)及時分閘，切斷故障電流，保護發(fā)電機；當確定短路故障排除以后，控制器發(fā)出合閘信號，對斷路器進行合閘操作，實現(xiàn)發(fā)電機故障排除之后的重新并網(wǎng)。

如圖7所示，保護裝置本體內(nèi)側(cè)還包括有斷路控制機構(gòu)，該斷路控制機構(gòu)包括真空滅弧室202，真空滅弧室202外安裝有瓷套212，真空滅弧室202內(nèi)安裝有靜觸頭201和動觸頭203，靜觸頭201一端與母排211接觸相連，靜觸頭201另一端與動觸頭203接觸相連；動觸頭203通過上拉桿204與拉桿絕緣子217一端相連，拉桿絕緣子217另一端連接有下拉桿216，下拉桿216上分別安裝有銜鐵206和渦流盤209，銜鐵206兩側(cè)分別安裝有合閘保持永磁鐵205和分閘保持永磁鐵207，渦流盤209兩側(cè)分別安裝有分閘線圈208和合閘線圈210；分閘線圈208和合閘線圈210通過導線相連形成閉合回路，且分閘線圈208和合閘線圈210之間并聯(lián)有兩個二極管和兩個儲能電容，兩個二極管分別用于分閘控制和合閘控制，兩個儲能電容分別用于分閘儲能和合閘儲能，兩個儲能電容均通過充電電源分別與分閘線圈208和合閘線圈210相連，充電電源還連接有隔離變壓器。

線圈磁通在渦流盤中感應出反向磁場，形成斥力，通過拉桿傳遞到開關動觸頭，完成合分閘動作；渦流盤作用力方向與動觸頭運動方向同軸，無拐臂杠桿，驅(qū)動系統(tǒng)力學傳遞函數(shù)簡單穩(wěn)定，動作時間分散度小，適合精準控制；采用儲能電容對合分閘線圈放電，驅(qū)動力強度與電容器儲能成正比，電容器儲能方式，可輸出較大的放電電流，使得開關可在5ms之內(nèi)分閘；采用可控硅控制合分閘操作，對繼電保護命令響應快。

如圖8和圖9所示為本發(fā)明的另一種實施方式，包括柜體，柜體外側(cè)分布有控制單元304，柜體內(nèi)側(cè)包括快速斷路器301、兩個觸頭盒、第三電流互感器302、接地開關303，其中一個觸頭盒一端與快速斷路器301相連，該觸頭盒另一端與第三電流互感器302一端相連，第三電流互感器302另一端連接有接地開關303。

如圖10所示的一種母線殘壓保持裝置，快速隔離本支路的短路故障點對母線電壓的影響，切斷非故障支路異步電動機磁場能量的衰減通路，抬升母線殘壓，減小電源恢復時異步電動機的二次沖擊，保障母線對非故障支路負荷的連續(xù)正常供電；一種以“短路故障快速判斷技術”為控制基礎的，基于“渦流驅(qū)動快速開關”的，以達到快速隔離本支路的短路故障點對電源電壓的影響，切斷非故障支路異步電動機磁場能量的衰減通路，抬升母線殘壓，減小電源恢復時異步電動機的二次沖擊，保障電源對其它非故障線路連續(xù)正常供電目的的高阻抗自動投切的短路故障隔離設備，稱為母線殘壓保持裝置,裝置外形為開關柜形式，適用于新建和改造項目；正常工作時，切離開關、母保開關處于合閘狀態(tài)；當發(fā)生短路故障時，控制器通過電流互感器測到短路電流，經(jīng)“短路故障快速判斷算法”判斷出故障，立即發(fā)出母保幵關分閘指令，將母保阻抗投入線路，補償本支路因短路而損失的阻抗，將本支路電流從短路值限制到額定電流以內(nèi)，從而維持了母線的剩余電壓，保障母線對其它未發(fā)生短路故障的支路連續(xù)供電；若故障點d被切除后，本支路負荷恢復，電流會發(fā)生至少50％的變化，控制器立即發(fā)出母保開關合閘的指令，恢復本支路的正常供電；若故障點d切除失敗，控制器在故障后200ms向切離開關發(fā)出分閘指令，協(xié)助微機綜保實施后備保護動作，并在300ms時命令母保開關合閘，退出母保阻抗，完成一次母線殘壓保護功能操作。

1、動作速度快：本裝置能在系統(tǒng)發(fā)生短路的7～15毫秒內(nèi)將短路電流開斷，深度限流電抗器將短路電流降至50％以下；短路保護裝置的開斷時間由四部分組成:監(jiān)控單元采樣、計算、發(fā)出命令時間、專用斷路器固有分閘時間、燃弧時間、短路電流換流進入深限流電抗器時間；一般微機保護采樣需1周波20毫秒：快速fft計算及發(fā)出命令需30毫秒；普通斷路器固有分閘時間需50毫秒以上；開斷后的燃弧時間時達十幾毫秒左右，電流才能通過零熄弧；故其需要100毫秒左右方能切斷短路電流；長時間的短路電流對變壓器、母線、開關和發(fā)電機等設備的動、熱穩(wěn)定有著極高的要求；本裝置中使用高速渦流驅(qū)動開關，能實現(xiàn)5毫秒以內(nèi)分閘，10毫秒合閘；同時測控單元使用高精度、高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，不斷對系統(tǒng)電流進行檢測，當電流大于設定值時，通過高速dsp技術和專用算法，在2毫秒內(nèi)快速計算短路電流及電流過零點的精確時刻，并在過零點之前發(fā)出動作信號，驅(qū)動開關在過零點之前切斷電路，確保燃弧時間最短，在7～15毫秒內(nèi)將短路電流換入深限流電抗器中。

2、開斷能力強：本裝置中的進口開關為三相獨立動作，利用對觸頭剛分時間的合理控制，確保各相動作均為臨界過零開斷，使燃弧時間最??；大大增加了滅弧室的開斷余量，短路開斷能力可輕松達到80ka。

3、限流電抗器限流效果好：本裝置中深度限流電抗器由于正常運行時，無電流通過；從而無能損耗，無壓降，同時也不會產(chǎn)生漏磁場，只有在短路發(fā)生時投入工作，電抗值可根據(jù)系統(tǒng)需要，將短路電流限制在預期短路電流值的50％以下，從而在發(fā)生短路的過程中將短路電流大大降低，變壓器免受巨大的短路電流沖擊，系統(tǒng)內(nèi)斷路器開斷能力也相應降低。

4、使用壽命長：本裝置中開關使用高速渦流驅(qū)動機構(gòu)，比普通斷路器所使用的彈簧操作機構(gòu)運動部作少80％，且使用簡單的直線運動，沒有復雜的傳動機構(gòu)，磨損極小，機械壽命及可靠性大大提高；同時，本裝置系過零點開斷；期間的燃弧量不到普通斷路器的10％,開斷容量大大提高，觸頭燒灼小，其觸點電壽命呈級數(shù)上升，深限流電抗器無短路發(fā)生時，處于零損耗，不發(fā)熱，無壓降，使用壽命長。

5、性能額靠：本裝置核心部件均為國外生產(chǎn)，即使在強電磁干擾環(huán)境下，仍能可靠運行；同時，電子控制器帶有實時自檢功能，確保其始終可靠運行，各功能信息均能通過發(fā)送后臺報警監(jiān)控。

6、動作分散度?。河捎诖蠓鹊目s短合閘時間并配置了直接驅(qū)動的高速渦流驅(qū)動機構(gòu)，合閘分散度可以控制在0.1毫秒以內(nèi)。

7、合閘無反彈：根據(jù)現(xiàn)場情況，可加裝防觸頭頭撞擊裝置，確保合閘無反彈。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。