專利名稱:一種由電容器貯能供電的直流電源裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種由電容器貯能供電的直流電源裝置，用來(lái)作為110kv及以下電壓等級(jí)中、小型變電所的保護(hù)和跳閘電源。
用電容器貯能作為中、小型變電所的保護(hù)和跳閘電源(以下簡(jiǎn)稱為保護(hù)電源)，在已有技術(shù)，如《電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》(上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1981年1月新1版)第十六章16-2節(jié)中，是由貯能電容器組、電容器組的充、放電回路、電容器組的檢查裝置等主要部份所組成。電容器組用來(lái)貯存電場(chǎng)能量，當(dāng)系統(tǒng)故障伴隨所用電源電壓降低甚至完全消失時(shí)，利用這一能量供給繼電保護(hù)動(dòng)作和斷路器跳閘;充電回路用以在正常運(yùn)行時(shí)向電容器組提供能量，并保證在系統(tǒng)故障時(shí)不向直流主系統(tǒng)反饋能量;放電回路與保護(hù)和跳閘回路相接，隨時(shí)準(zhǔn)備向保護(hù)和跳閘回路提供電源;電容器組的檢查裝置用來(lái)檢查電容器組的容量是否滿足要求。
電容器組通常按兩大組配置，一組供給6～10kv饋線的保護(hù)電源，另一組供給其它設(shè)備的保護(hù)電源。兩大組容量均相等，其數(shù)值根據(jù)該手冊(cè)介紹的三種電容量選擇計(jì)算方法確定，其結(jié)果是當(dāng)整流器采用三相橋式時(shí)，每組為6000μF;整流器采用單相橋式時(shí)為3000μF。
在許昌繼電器研究所1976年7月出版的《發(fā)變電二次線通用設(shè)計(jì)圖冊(cè)(四)220V直流系統(tǒng)定型屏》典型設(shè)計(jì)中，貯能電容器按兩組配置，且對(duì)于110kv變電所第一組CⅠ＝18000μF，供給110kv線路和主變各側(cè)跳閘;第二組CⅡ＝9000μF，供給35kv和6～10kv饋線跳閘。對(duì)于35kv變電所第一組CⅠ＝9000μF，供給35kv線路和主變各側(cè)跳閘;第二組CⅡ＝4500μF，供給6～10kv饋線跳閘。
在冶金工業(yè)部南昌有色冶金設(shè)計(jì)院1976年7月編制出版的《35/6(10)千伏變電所、6(10)千伏配電所二次接線圖集220伏電容補(bǔ)償硅整流操作GD751》典型設(shè)計(jì)中，貯能電容器也是按兩組配置，且對(duì)于35kv內(nèi)橋接線變電所，CⅠ＝CⅡ＝8000μF;對(duì)于其它接線方式的變電所，CⅠ＝CⅡ＝6000μF。
理論分析和長(zhǎng)期實(shí)踐都已表明，現(xiàn)行方案主要存在下述問(wèn)題1、貯能電容量普遍選擇過(guò)小，沒(méi)有考慮到整流操作的變電所直流母線電壓有可能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在80%Ue＝0.8×220＝176V，以及斷路器跳閘線圈動(dòng)作電壓剛好調(diào)整在上限值65%Ue＝143V等不利條件的影響，也沒(méi)有按保護(hù)的動(dòng)作邏輯關(guān)系從電路的分析角度去解決電容量的計(jì)算問(wèn)題。因此，目前變電所配置的貯能電容量，大都不能滿足可靠性要求。
2、貯能電容器的分組及保護(hù)電源分配方式，不能滿足保護(hù)動(dòng)作斷路器拒分時(shí)后備保護(hù)動(dòng)作及斷路器跳閘對(duì)電源的可靠性要求。
3、電容器組的檢查裝置按反映電容器組貯存能量的大小( 1/2 CU2)而構(gòu)成，因此，受整流電源電壓變化的影響，電容量的檢查結(jié)果往往給出錯(cuò)誤的結(jié)論。
4、充電回路的熔斷器和電容器組的熔斷器均未得到合理監(jiān)視。
5、電容器組的充電電源主張采用單相橋式整流器，其目的是用以提高電容器的充電電壓，減少電容器組的容量。由于電容器的充電電壓為整流器輸出直流脈動(dòng)電壓的峰值，所以與三相橋式整流器相比，單相橋式整流器所提供的充電電壓可由前者的230V提高到345V，從而可使電容器組的容量大為減少。但選擇單相橋式整流器作為電容器組的充電設(shè)備將帶來(lái)如下問(wèn)題①因合閘用整流器按三相橋式接線，故當(dāng)充電用整流器因故停用或處在備用狀態(tài)時(shí)，電容器組的充電電壓將由原設(shè)計(jì)的345V下降為230V，從而造成保護(hù)電源能量嚴(yán)重不足。
②保護(hù)回路的電壓太高(可達(dá)345V)，遠(yuǎn)大于二次設(shè)備對(duì)直流電源電壓的要求(一般為80～110%Ue)。因此，對(duì)保護(hù)繼電器的接點(diǎn)和長(zhǎng)期受電的繼電器(如BFy-10A/220V型晶體管負(fù)序電壓繼電器等)，損壞率將大為增加。
③對(duì)具有相同耐壓值的貯能電容器，充電電壓的提高將嚴(yán)重降低其使用壽命。
④單相橋式整流器輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)較三相橋式整流大得多，使得直流脈沖繼電器及干簧管型繼電器的使用帶來(lái)困難。
上述問(wèn)題的存在，正是導(dǎo)致目前這種電源方式瀕臨淘汰的主要原因。比如，在1983年9月水利電力部授權(quán)華東電力設(shè)計(jì)院修訂的《變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(征求意見(jiàn)稿)上冊(cè)第三章第六節(jié)第3.6.1條中，就曾明確否定了電容貯能電源方式在110(60)千伏終端變電所的應(yīng)用價(jià)值。修訂后的條文中寫到“第3.6.1條為保證對(duì)直流負(fù)荷的供電，……110(60)千伏終端變電所宜采用小型密封鎘鎳式蓄電池或復(fù)式整流作為操作電源;……?！?第22頁(yè))。在該規(guī)程“(征求意見(jiàn)稿修訂說(shuō)明)上冊(cè)”第28頁(yè)二款中，就第3.6.1條的修改作了進(jìn)一步地說(shuō)明，原文寫到“二、修改了整流操作電源的內(nèi)容1、原規(guī)程第42條規(guī)定的整流操作電源有復(fù)式整流和電容儲(chǔ)能整流2種。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，后者事故率較高。由于電容器分組和容量選擇不合理，控制回路和信號(hào)回路未分開(kāi)，電容器質(zhì)量較差且缺少合理的檢測(cè)手段等原因，全國(guó)曾發(fā)生斷路器拒分事故多起，……。”在第32頁(yè)中繼續(xù)指出“由此可見(jiàn)，電容儲(chǔ)能已無(wú)可取之處，完全可由小型密封鎘鎳式蓄電池或復(fù)式整流所取代?！北景l(fā)明的目的正是要解決現(xiàn)有電容儲(chǔ)能電源方式存在的各種問(wèn)題，并使這種電源方式發(fā)展為一種接線合理、性能可靠的電源裝置。以取代中、小型變電所現(xiàn)有的不合理電容儲(chǔ)能電源方式和投資昂貴、接線復(fù)雜、維護(hù)繁瑣、使用壽命較短的鉛酸蓄電池方案，并且在投資費(fèi)用、使用壽命和維護(hù)費(fèi)用等方面都將大大優(yōu)于現(xiàn)行的鎘鎳式蓄電池方案。
發(fā)明是按照下述方法實(shí)現(xiàn)的1、按照繼電保護(hù)動(dòng)作邏輯關(guān)系和相鄰保護(hù)的相互配合關(guān)系，對(duì)貯能電容器組提出了一套分組和分配原則，解決了保護(hù)動(dòng)作斷路器拒分時(shí)上一級(jí)保護(hù)和跳閘對(duì)電源的可靠性要求。
2、針對(duì)整流操作變電所直流電壓變化較大、貯能電容器組放電時(shí)端電壓按指數(shù)規(guī)律衰減、繼電器和跳閘線圈動(dòng)作電壓值有上、下限要求、保護(hù)裝置的構(gòu)成方式和元件參數(shù)的不同對(duì)放電過(guò)程有影響等特殊條件，提出了一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾娙萘窟x擇原則和要求。然后按照電路分析的基本方法，將保護(hù)和跳閘回路等效為多時(shí)間階梯的R、L、C電路，再按照過(guò)渡過(guò)程和誤差理論的分析方法，進(jìn)一步將電路等效為多時(shí)間階梯的R、C電路，繼而導(dǎo)出了電容量C與電路各元件電阻值R、動(dòng)作時(shí)間△t、電容器放電前的初始電壓uc(o)、考慮到保證斷路器可靠跳閘時(shí)的端電壓uc(tk)(tk為跳閘鐵芯剛好上升到最頂端時(shí)的時(shí)間，uc(tk)為對(duì)應(yīng)于tk時(shí)的電容器組端電壓值)之間的關(guān)系式。結(jié)合所規(guī)定的電容量選擇原則，求導(dǎo)了一個(gè)可供工程使用的電容量選擇計(jì)算公式。
3、根據(jù)不同容量的電容器組在同一基準(zhǔn)電壓下，經(jīng)相同的放電時(shí)間在相等的負(fù)載上放電后，其殘余電壓不相等這一規(guī)律，提出了能正確反映貯能電容器組容量變化的電容量檢測(cè)裝置構(gòu)成方案。解決了對(duì)運(yùn)行中的電容器組容量的檢測(cè)技術(shù)，并為維護(hù)試驗(yàn)提供了一種簡(jiǎn)易可行的電容量測(cè)試儀器原理構(gòu)成方案。
4、用在充電回路熔斷器下端出口處并接一只直流中間繼電器，當(dāng)熔斷器熔斷時(shí)該中間繼電器失磁返回，用其一對(duì)常閉接點(diǎn)接通中央信號(hào)預(yù)告音響回路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)充電回路熔斷器的聲、光信號(hào)監(jiān)視。
5、用在電容器組熔斷器兩端并接一只與其自身常閉接點(diǎn)串聯(lián)的信號(hào)繼電器，當(dāng)電容器組熔斷器熔斷時(shí)，故障電流經(jīng)信號(hào)繼電器常閉接點(diǎn)使其啟動(dòng)并固定其動(dòng)作狀態(tài)，信號(hào)繼電器常閉接點(diǎn)迅速打開(kāi)切斷流經(jīng)其線圈的故障電流，其常開(kāi)接點(diǎn)閉合接通預(yù)告音響信號(hào)回路發(fā)出聲、光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電容器組熔斷器的聲、光信號(hào)監(jiān)視。但是，為了簡(jiǎn)化接線、節(jié)省投資和減少故障點(diǎn)，對(duì)采用單只容量大于500μF的電容器組，可不必裝設(shè)電容器組熔斷器。
6、提出了將各組電容器正極和負(fù)極同時(shí)輸出的保護(hù)電源獨(dú)立接線方案，使保護(hù)電源的放電不依賴于操作回路去完成，提高了保護(hù)電源的獨(dú)立性和可靠性，且有利于區(qū)分保護(hù)和控制回路的接地故障。
7、要求在充電回路或整流電源輸出端必須裝設(shè)一定阻值的限流電阻，以保證電容器不受沖擊電流的損壞。
8、要求對(duì)長(zhǎng)期停用或新投的電容組，投入運(yùn)行時(shí)要使充電電壓由零逐漸升起，以防止送電瞬間由于電容器漏電流突然增大，內(nèi)部氣壓突然增高，而使得電容器的外殼頂蓋掀起。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)，從根本上解決了現(xiàn)有電容貯能電源方式存在的種種問(wèn)題，完全能滿足中、小型變電所采用不同主接線和不同保護(hù)構(gòu)成方式時(shí)對(duì)保護(hù)和跳閘電源的可靠性要求。與鉛酸蓄電池電源方式相比，本裝置具有體積小(可與合閘硅整流器及充電硅整流器同屏合裝);投資低(用于35kv變電所時(shí)低于3000元，用于110kv變電所時(shí)低于5000元);壽命長(zhǎng)(可達(dá)20年以上);維護(hù)費(fèi)用低(平均年維護(hù)費(fèi)小于100元)等優(yōu)點(diǎn)，且能滿足必要的可靠性和技術(shù)要求。與現(xiàn)行的鎘鎳蓄電池電源方式相比，也具有投資低(為其10～20%);占地面積小(為其1/3);運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便(對(duì)浮充電流和充電設(shè)備無(wú)特殊要求等);使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明將為中、小型變電所提供一種理想的直流電源裝置。
下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
圖1是構(gòu)成本電源裝置的原理方框圖。
圖2是本電源裝置中任一組貯能電容器的充電回路。充電回路的電源來(lái)自由三相橋式整流器供電的直流主母線。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)HK用來(lái)接通和關(guān)斷充電回路電源;熔斷器RD用來(lái)切斷充電回路的短路電流，保護(hù)充電回路元件不受損壞;限流電阻R用來(lái)限制電容器初充電瞬間充電電流的幅值和充電回路短路電流的幅值，保護(hù)電容器和二極管D不受損壞;隔離二極管D用來(lái)阻止電容器組的能量不向直流主系統(tǒng)反饋，以保證在電網(wǎng)故障時(shí)有充足的保護(hù)電源能量;電源指示燈BD用來(lái)監(jiān)視充電回路的工作狀態(tài);直流中間繼電器JJ用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)充電回路熔斷器的聲、光信號(hào)監(jiān)視，當(dāng)RD熔斷時(shí)，JJ失磁返回，JJ常閉接點(diǎn)閉合，光字牌GP亮，顯示“充電回路熔斷器斷”聲、光信號(hào)。
圖3是本裝置中任一組貯能電容器按三小組裝配時(shí)，各電容器組熔斷器監(jiān)視回路的接線圖。假設(shè)第一小組C-1內(nèi)部發(fā)生短路，則熔斷器RD1熔斷，故障電流立即通過(guò)信號(hào)繼電器1XJ線圈回路使1XJ啟動(dòng)，1XJ常閉接點(diǎn)立即打開(kāi)將故障電流切斷，同時(shí)1XJ常開(kāi)接點(diǎn)閉合使光字牌GP亮，顯示“電容器組熔斷器斷”聲、光信號(hào)。采用信號(hào)繼電器的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作狀態(tài)能固定保持，直至恢復(fù)正常。
圖4是本電源裝置電容量檢測(cè)回路中檢查切換部分在任一組電容器C和備用組Cb回路的接線，zK和zKb為L(zhǎng)W2-5.5.5.5/F4-X型轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。當(dāng)對(duì)工作組電容器C進(jìn)行容量檢測(cè)時(shí)，首先將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)zk切換到“檢測(cè)”位置，zk②③和⑩(11)接點(diǎn)分別接通，電容器組C則通過(guò)“檢+”和“檢-”與檢測(cè)回路的測(cè)量部分相接，從而可進(jìn)行電容量的檢測(cè)。與此同時(shí)，zk⑥⑦和(14)(15)兩對(duì)接點(diǎn)也分別接通，通過(guò)備用組的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)zkb使+TM與+TMb、-TM與-TMb分別接通，接在+TM和-TM上的保護(hù)和跳閘回路暫改由備用組貯能電容器供電，保證了在進(jìn)行電容量檢測(cè)過(guò)程中，被檢測(cè)組的保護(hù)和跳閘回路不間斷供電。
圖5是本裝置電容量檢測(cè)回路中測(cè)量部分的接線，表V/μF是標(biāo)有電壓值V和電容值μF刻度的直流電壓表，μF值刻度為改增刻度。電容C的值與測(cè)量回路參數(shù)D之間的關(guān)系為C= (D)/(ln〔UC·J/uC(tZd)〕) μFD=( (△t1)/(R1) + (△t2)/(R2) + (△t3)/(R3) )×106上兩式中UC·J-所規(guī)定的初始放電電壓基準(zhǔn)值，一般選擇低于電源額定電壓Ue;
uC(tzd)-被測(cè)電容器組經(jīng)整定時(shí)間tzd對(duì)測(cè)量回路放電后所具有的殘余電壓值;
△t1-時(shí)間繼電器SJ瞬動(dòng)常閉接點(diǎn)SJ1的打開(kāi)時(shí)間;
△t2-SJ延時(shí)主接點(diǎn)的整定動(dòng)作時(shí)間;
△t3-SJ瞬動(dòng)常開(kāi)接點(diǎn)SJ2的返回時(shí)間;
R1-對(duì)應(yīng)于時(shí)間段△t1時(shí)測(cè)量回路的總電阻;
R2-對(duì)應(yīng)于時(shí)間段△t2時(shí)測(cè)量回路的總電阻;
R3-對(duì)應(yīng)于時(shí)間段△t3時(shí)測(cè)量回路的總電阻;
D-由測(cè)量回路固有參數(shù)△t1、△t2、△t3和R1、R2、R3確定的參數(shù)。
對(duì)應(yīng)于電容量C為不同值時(shí)的電壓表刻度換算關(guān)系，可由下式表示U =UC ·Je-DCV]]>式中UCJ和D均為常數(shù)。
測(cè)量電容器組容量的操作過(guò)程如下(1)按下按鈕1AN使表V/μF指針下降到基準(zhǔn)電壓UC·J時(shí)立即釋放1AN;
(2)點(diǎn)按2AN，則SJ啟動(dòng)，SJ1首先打開(kāi)將電阻3R串入放電回路，SJ2相繼閉合使SJ動(dòng)作狀態(tài)自保持;
(3)當(dāng)SJ延時(shí)主接點(diǎn)閉合時(shí)，SJ線圈被短接，從而立即返回，各接點(diǎn)均返回到原始狀態(tài);
(4)立即讀出表V/μF的指示值，則μF刻度的值表示被測(cè)電容器的容量，V刻度的值表示電容器組的殘余電壓值。
3R和4R采用可調(diào)式電阻器，目的在于得到不同的D值，以適應(yīng)較大范圍的電容量測(cè)試。為減小測(cè)量誤差，表V/μF要求采用高內(nèi)阻的直流電壓表。
本測(cè)量回路接線的主要優(yōu)點(diǎn)就在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)行。根據(jù)此方法，可將電阻2R用一只按UC·J整定的低電壓繼電器和與SJ的一對(duì)瞬動(dòng)常閉接點(diǎn)串聯(lián)的電路來(lái)代替，而按鈕2AN則由低電壓繼電器的接點(diǎn)來(lái)代替。
圖1中的放電回路，主要是指由電容器組和充電回路供電的正、負(fù)電源小母線+TM和-TM。保護(hù)和跳閘回路則由+TM和-TM取得電源。
圖1中的貯能回路是由貯能電容器組所構(gòu)成。電容器組按下列原則進(jìn)行分組和分配;
1、分組應(yīng)滿足一臺(tái)斷路器拒分時(shí)，上一級(jí)斷路器有可靠的保護(hù)電源，但不考慮上一級(jí)斷路器再次拒分或多臺(tái)斷路器同時(shí)拒分的情況;
2、在保護(hù)定值上具有相互配合關(guān)系的相鄰斷路器和在保護(hù)動(dòng)作邏輯關(guān)系上有相互制約的同級(jí)斷路器，其保護(hù)電源不能由同一組貯能電容器供給;
3、在主變壓器保護(hù)裝置中，凡動(dòng)作于高壓側(cè)斷路器跳閘的保護(hù)裝置，應(yīng)與其跳閘回路共由一組貯能電容器供電;而動(dòng)作于其它側(cè)斷路器跳閘的保護(hù)裝置及有關(guān)聯(lián)動(dòng)跳閘回路，應(yīng)分別由作用于對(duì)應(yīng)側(cè)斷路器跳閘的貯能電容器供給;
對(duì)于兩卷主變壓器，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)不另設(shè)過(guò)電流保護(hù)時(shí)，允許其低壓側(cè)斷路器的跳閘電源與低壓側(cè)饋線的保護(hù)電源共用一組貯能電容器供電;
4、變電所屬于同一電壓等級(jí)饋線的保護(hù)電源，應(yīng)共用一組貯能電容器供給，但不屬于同一電壓等級(jí)饋線的保護(hù)電源，也可以由同一組貯能電容器供給;
5、在滿足1、2原則條件下，不同主設(shè)備的保護(hù)電源可由同一組貯能電容器供給;
6、要求另外增設(shè)一組備用貯能電容器組，以保證在任一組電容器故障檢修或進(jìn)行電容量檢測(cè)過(guò)程中，運(yùn)行中的主設(shè)備不失去保護(hù)電源。
電容器組容量的選擇應(yīng)滿足如下原則要求1、選擇保護(hù)裝置動(dòng)作方式中可能出現(xiàn)的消耗直流電源能量最大的動(dòng)作方式來(lái)選擇確定貯能電容量。
2、選擇直流系統(tǒng)在最低允許電壓Uz.zx(為80%Ue＝176V)下運(yùn)行時(shí)，貯能電容器所出現(xiàn)的最低充電電壓Uc.zx(176V≤Uc.zx≤184.4V)為計(jì)算貯能電容量的初始放電電壓。從提高可靠性出發(fā)，一般取Uc.zx的下限值176V。
3、要求在1、2條件下，保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘鐵芯剛好上升到最頂端時(shí)，貯能電容器兩端的殘余電壓不低于跳閘線圈動(dòng)作電壓的上限值(為65%Ue＝143V)。
4、根據(jù)電網(wǎng)不同電壓等級(jí)饋線和設(shè)備故障機(jī)率的大小，各貯能電容器組容量選擇在滿足1、2、3條件下，應(yīng)按下列原則確定(1)對(duì)于35kV和6～10kV饋線，按滿足兩回饋線可靠跳閘來(lái)選擇;
(2)對(duì)于110kV線路，按滿足一回線路可靠跳閘來(lái)選擇;
(3)對(duì)于單臺(tái)主變壓器，按滿足主變高壓側(cè)斷路器可靠跳閘來(lái)選擇;
(4)對(duì)于雙卷雙臺(tái)主變壓器，按滿足兩臺(tái)主變過(guò)電流保護(hù)同時(shí)動(dòng)作于兩臺(tái)主變高壓側(cè)斷路器可靠跳閘來(lái)選擇;
(5)對(duì)于三卷雙臺(tái)主變壓器，按兩臺(tái)主變高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，其中一套當(dāng)35kV側(cè)分段斷路器被聯(lián)動(dòng)跳閘后立即返回，另一套則一直動(dòng)作到本側(cè)斷路器可靠跳閘來(lái)選擇。
5、各組電容器的容量按實(shí)際選擇結(jié)果配置，備用組按最大一組的容量選擇。
6、貯能電容器采用鋁電解電容器，工作電壓應(yīng)大于300V，單只容量應(yīng)不小于100μF，并盡可能選用500μF以上的產(chǎn)品。
各貯能電容器組容量的選擇和計(jì)算，可按下列方法步驟進(jìn)行1、按照電容器的分組原則確定該組的負(fù)載。
2、選擇負(fù)載中可能出現(xiàn)的最大耗能保護(hù)動(dòng)作方式為電容器組的最大負(fù)載方式。并畫出保護(hù)動(dòng)作過(guò)程中，由主要耗能元件構(gòu)成的等值電路圖。一般可不考慮中間繼電器電流線圈和大于0.025A的信號(hào)繼電器對(duì)耗能的影響。
3、忽略等值電路中包括跳閘線圈在內(nèi)的全部元件的電感值，作出由各元件電阻值R、動(dòng)作時(shí)間t以及待求的電容量C所組成的等值電路如圖6。圖中Kn表示保護(hù)跳閘回路中第n條支路的接點(diǎn)，tn則表示Kn開(kāi)始接通的時(shí)間。tn按所論元件可能出現(xiàn)的最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間選擇。
4、應(yīng)用下式計(jì)算貯能電容量CC=4.816KKΣln△tnRn×106μF]]>式中KK-為可靠系數(shù)。主要是考慮電解電容器容量偏差較大、自然老化、電路實(shí)際參數(shù)與計(jì)算取值不一致以及其它不利因素對(duì)電容量選擇的影響。
△tn-為第n條支路元件的動(dòng)作時(shí)間。對(duì)于跳閘線圈的支路，△tn為跳閘線圈開(kāi)始通電至鐵芯上升到最頂端的時(shí)間，這一時(shí)間與所加電壓大小有關(guān)，在由電容器供電的跳閘回路中，對(duì)于CD2型220V、2.5A和CD10型220V、2.5A操作機(jī)構(gòu)的跳閘線圈，按0.045秒選擇;對(duì)于CD5型220V、2.75A操作機(jī)構(gòu)的跳閘線圈，按0.06秒選擇。
Rn-為第n條支路元件動(dòng)作過(guò)程中電路的等值電阻值。
5、對(duì)考慮同時(shí)動(dòng)作的同一電壓等級(jí)饋線的保護(hù)和斷路器，可先求出一回饋線所需配置的電容量C，則LC就是L條饋線保護(hù)同時(shí)動(dòng)作于L臺(tái)斷路器跳閘時(shí)所需配置的貯能電容量。
發(fā)明的實(shí)施例圖7為用于某一110kV終端變電所的貯能電容跳閘裝置接線圖。圖8為這一變電所的主接線圖及保護(hù)電源分配圖。圖中1～4TM分別表示由CⅠ～CⅣ組貯能電容器供電的保護(hù)電源;d1～d5表示在該點(diǎn)發(fā)生短路故障。下面就兩個(gè)主要方面加以說(shuō)明。
1、各電容器組容量的配置根據(jù)電容量選擇原則要求和計(jì)算方法，結(jié)合本變電所保護(hù)采用常規(guī)接線和由普通組合式繼電器所構(gòu)成這一特點(diǎn)，對(duì)各電容器的容量作出如下確定結(jié)果
第一組CⅠ按能同時(shí)動(dòng)作于兩回10kV饋線可靠跳閘來(lái)選擇，取值為14000μF;第二組CⅡ按能同時(shí)動(dòng)作于兩回35kV饋線可靠跳閘來(lái)選擇，取值為20000μF;第三組CⅢ按能滿足一臺(tái)主變10kV側(cè)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作于本側(cè)斷路器可靠跳閘來(lái)選擇，取值為6000μF;第四組CⅣ按兩臺(tái)主變高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，其中一套當(dāng)35kV側(cè)分段斷路器被聯(lián)動(dòng)跳閘后立即返回，另一套則一直動(dòng)作到本側(cè)斷路器可靠跳閘來(lái)選擇，取值為30000μF;備用組CⅤ＝CⅥ＝30000μF。
電容器采用CD131、350V、1000μF的產(chǎn)品。
2、分組可靠性檢驗(yàn)(1)d1點(diǎn)短路饋線斷路器拒分此時(shí)1TM組能量消耗嚴(yán)重，2TM和4TM組則不受影響，故能滿足主變1B低壓側(cè)斷路器和10kV母線分段斷路器可靠跳閘。
(2)d2點(diǎn)短路①當(dāng)10kV母線分段斷路器拒分時(shí)，4TM組能量消耗嚴(yán)重，2TM和3TM組則不受影響，故能滿足兩臺(tái)主變的低壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)可靠動(dòng)作及其兩臺(tái)斷路器可靠跳閘。
②當(dāng)主變1B低壓側(cè)斷路器拒分時(shí)，2TM組能量消耗嚴(yán)重，1TM、3TM和4TM組則不受影響，故能滿足主變1B高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)可靠動(dòng)作及其高、中壓側(cè)斷路器和中壓側(cè)母線分段斷路器可靠跳閘。
(3)d3點(diǎn)或差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)短路①當(dāng)主變1B低壓側(cè)斷路器拒分時(shí)，2TM組能量消耗嚴(yán)重，3TM和4TM組則不受影響，故能滿足主變2B低壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)可靠動(dòng)作及低壓側(cè)母線分段斷路器可靠跳閘。
②當(dāng)主變1B中壓側(cè)斷路器拒分時(shí)，1TM組能量消耗嚴(yán)重，3TM和4TM組則不受影響，故能滿足主變2B高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)可靠動(dòng)作及中壓側(cè)母線分段斷路器可靠跳閘。
(4)d4點(diǎn)短路饋線斷路器拒分此時(shí)2TM組能量消耗嚴(yán)重，1TM、3TM和4TM組均不受影響。故能滿足兩臺(tái)主變的高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)可靠動(dòng)作，以及中壓側(cè)母線分段斷路器和主變1B中壓側(cè)斷路器可靠跳閘。
(5)d5點(diǎn)故障①當(dāng)母線分段斷路器拒分時(shí)，3TM組能量消耗嚴(yán)重，1TM和4TM組則不受影響。故能滿足兩臺(tái)主變的高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)可靠動(dòng)作及其兩臺(tái)主變中壓側(cè)斷路器可靠跳閘。
②當(dāng)主變1B中壓側(cè)斷路器拒分時(shí)，1TM組能量消耗嚴(yán)重，2TM、3TM和4TM則不受影響。故能滿足兩臺(tái)主變的高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)可靠動(dòng)作，以及中壓側(cè)母線分段斷路器和主變1B高、低壓側(cè)斷路器可靠跳閘。
上述分析方法和結(jié)論，可用于系統(tǒng)任一點(diǎn)的短路。由此表明，本電源裝置能夠滿足系統(tǒng)任一點(diǎn)短路且斷路器拒分時(shí)對(duì)保護(hù)和跳閘電源的可靠性要求。
權(quán)利要求
1.一種由電容器貯能供電的直流電源裝置，其特征在于該裝置包括貯能電容器組，各電容器組的充電回路和放電回路，各電容器組的電容量檢查回路和一個(gè)公共測(cè)量回路，監(jiān)視各組電容器充電回路熔斷器工作狀態(tài)的聲、光報(bào)警回路，監(jiān)視電容器組熔斷器工作狀態(tài)的聲、光報(bào)警回路；裝置的浮充電源由三相橋整流器供給。
2.按權(quán)項(xiàng)1所規(guī)定的貯能電容器組，其特征在于按照下列原則進(jìn)行分組(1)分組應(yīng)滿足一臺(tái)斷路器拒分時(shí)，上一級(jí)斷路器有可靠的保護(hù)電源，但不考慮上一級(jí)斷路器再次拒分或多臺(tái)斷路器同時(shí)拒分的情況;(2)在保護(hù)定值上具有相互配合關(guān)系的相鄰斷路器和在保護(hù)動(dòng)作邏輯關(guān)系上有相互制約的同級(jí)斷路器，其保護(hù)電源不能由同一組貯能電容器供給;(3)在主變壓器保護(hù)裝置中，凡動(dòng)作于高壓側(cè)斷路器跳閘的保護(hù)裝置，應(yīng)與其跳閘回路共由一組貯能電容器供電，而動(dòng)作于其它側(cè)斷路器跳閘的保護(hù)裝置及有關(guān)聯(lián)動(dòng)跳閘回路，應(yīng)分別由作用于對(duì)應(yīng)側(cè)斷路器跳閘的貯能電容器供給，對(duì)于兩卷主變壓器，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)不另裝過(guò)電流保護(hù)時(shí)，允許其低壓側(cè)斷路器的跳閘電源與低壓側(cè)饋線的保護(hù)電源共用一組貯能電容器供給;(4)變電所屬于同一電壓等級(jí)饋線的保護(hù)電源，應(yīng)共用一組貯能電容器供給。但不屬于同一電壓等級(jí)饋線的保護(hù)電源，也可以由同一組貯能電容器供給;(5)在滿足(1)、(2)原則要求下，不同主設(shè)備的保護(hù)電源可由同一組貯能電容器供給;(6)要求另外增設(shè)一組備用貯能電容器組，以保證在任一組電容器故障檢修或進(jìn)行電容量檢測(cè)時(shí)，運(yùn)行中的主設(shè)備不失去保護(hù)電源。
3.按權(quán)項(xiàng)2分組后的貯能電容器組，其特征在于各組容量按下列原則選擇(1)選擇保護(hù)裝置動(dòng)作方式中可能出現(xiàn)的消耗直流電源能量最大的動(dòng)作方式來(lái)確定貯能電容量;(2)選擇直流系統(tǒng)在最低允許電壓UZ·ZX(為80%Ue＝176V)下運(yùn)行時(shí)，貯能電容器所出現(xiàn)的最低充電電壓UC·ZX(176V≤UC·ZX≤184·4V)為計(jì)算貯能電容量的初始放電電壓，通常取UC·ZX的下限值176V;(3)要求在(1)、(2)條件下，保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘鐵芯剛好上升到最頂端時(shí)，貯能電容器上的殘余電壓不低于跳閘線圈動(dòng)作電壓的上限值(為65%Uo＝143V);(4)根據(jù)電網(wǎng)不同電壓等級(jí)饋線和設(shè)備故障機(jī)率的大小，各貯能電容器組容量的選擇在滿足(1)、(2)、(3)條件下，對(duì)于35kv和6～10kv饋線，按滿足兩回線路可靠跳閘來(lái)選擇;對(duì)于110kv線路，按滿足一回線路可靠跳閘來(lái)選擇;對(duì)于單臺(tái)主變壓器，按滿足主變高壓側(cè)斷路器可靠跳閘來(lái)選擇;對(duì)于雙卷雙臺(tái)主變壓器，按滿足兩臺(tái)主變過(guò)電流保護(hù)同時(shí)動(dòng)作于兩臺(tái)主變高壓側(cè)斷路器可靠跳閘來(lái)選擇;對(duì)于三卷雙臺(tái)主變壓器，按兩臺(tái)主變高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，其中一套當(dāng)35kv側(cè)分段斷路器被聯(lián)動(dòng)跳閘后立即返回，另一套則一直動(dòng)作到本側(cè)斷路器可靠跳閘來(lái)選擇;(5)貯能電容量按下式計(jì)算C=4.816KKΣln△tnRn×106μF]]>式中Kk-可靠系數(shù)，取值為1.2～1.3;△tn-保護(hù)和跳閘回路中第n條支路主要耗能元件的動(dòng)作時(shí)間;Rn-第n條支路主要耗能元件動(dòng)作過(guò)程中電路的等值電阻，(6)各組電容器的容量按實(shí)際選擇結(jié)果配置，備用組按容量最大的一組選擇。
4.按權(quán)項(xiàng)1、2、3所規(guī)定的貯能電容器組，其特征在于電容器選用工作電壓為350V，單只容量為1000～3300μF的鋁電解電容器為最佳方案。
5.按權(quán)項(xiàng)1所規(guī)定的電容器組充電回路，其特征是(1)各組貯能電容器具有各自獨(dú)立的充電回路;(2)各充電回路均由三相橋整流器供電;(3)任一條充電回路都是由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)HK、熔斷器RD、限流電阻R、隔離二極管D、電源指示燈BD和監(jiān)視熔斷器RD工作狀態(tài)的監(jiān)視繼電器JJ所構(gòu)成;(4)各充電回路的限流電阻R，可以用一只裝設(shè)在公共電源端的電阻來(lái)代替。
6.按權(quán)項(xiàng)1所規(guī)定的電容器組放電回路，其特征是各組電容器均采用正、負(fù)極電源同時(shí)輸出的保護(hù)電源全獨(dú)立接線。
7.按權(quán)項(xiàng)1所規(guī)定的電容器組容量檢查回路和測(cè)量回路，組成了電容量檢測(cè)回路，其特征是(1)用作電容量檢查的開(kāi)關(guān)ZK為L(zhǎng)W2-5·5·5·5/F4-x型轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，分別裝設(shè)在各組電容器的充、放電回路;(2)將ZK切換到“檢測(cè)”位，可實(shí)現(xiàn)兩種效果a)、可將待測(cè)電容器組切換到電容量測(cè)量回路;b)、可將被測(cè)電容器組的負(fù)載切換到備用回路;(3)將ZK和備用組ZKb同時(shí)切換到“并列”位，可實(shí)現(xiàn)工作組電容器與備用組的并列運(yùn)行;(4)電容量測(cè)量回路由兩只普通按鈕1AN和2AN、一只固定電阻器2R、兩只可調(diào)電阻器3R和4R、一只時(shí)間繼電器SJ和一只增改了電容值μF刻度的高內(nèi)阻直流電壓表，按測(cè)量電容器組經(jīng)基準(zhǔn)電壓UC·J和整定時(shí)間tzd對(duì)測(cè)量回路放電后其端電壓的高低而構(gòu)成，并根據(jù)測(cè)量回路的固有參數(shù)D和規(guī)定的基準(zhǔn)電壓值UC·J換算出一條與電壓表V值刻度相對(duì)應(yīng)的μF刻度，換算關(guān)系式為U＝UC·Je- (D)/(C) VD=( (△t1)/(R1) + (△t2)/(R2) + (△t3)/(R3) )×106上兩式中U-與電容量μF值對(duì)應(yīng)的電壓值，V;UC·J-所規(guī)定的基準(zhǔn)放電電壓，V;C-電容器組的容量，μF;D-測(cè)量回路的固有參數(shù);△t1-sJ瞬動(dòng)常閉接點(diǎn)sJ1的打開(kāi)時(shí)間，s;△t2-sJ延時(shí)主接點(diǎn)的整定動(dòng)作時(shí)間，s;△t3-sJ瞬動(dòng)常開(kāi)接點(diǎn)sJ2的返回時(shí)間，s;R1-對(duì)應(yīng)于時(shí)間段△t1時(shí)測(cè)量回路的總電阻，Ω;R2-對(duì)應(yīng)于時(shí)間段△t2時(shí)測(cè)量回路的總電阻，Ω;R3-對(duì)應(yīng)于時(shí)間段△t3時(shí)測(cè)量回路的總電阻，Ω;
8.按權(quán)項(xiàng)7所規(guī)定的電容量測(cè)量回路，其特征是電阻2R可用一只按基準(zhǔn)電壓UC·J整定的低電壓繼電器和與sJ的一對(duì)瞬動(dòng)常閉接點(diǎn)串聯(lián)的電路來(lái)代替，按鈕2AN則由該低電壓繼電器的接點(diǎn)來(lái)代替。
9.按權(quán)項(xiàng)1和權(quán)項(xiàng)5所規(guī)定的充電回路熔斷器監(jiān)視報(bào)警回路，其特征是(1)監(jiān)視繼電器JJ為直流中間繼電器;(2)JJ線圈接在充電回路熔斷器下端出口處;(3)JJ的一對(duì)常閉接點(diǎn)用以接通中央信號(hào)預(yù)告音響信號(hào)回路，點(diǎn)燃光字牌燈炮，顯示“充電回路熔斷器斷”字樣。
10.按權(quán)項(xiàng)1所規(guī)定的電容器組熔斷器監(jiān)視報(bào)警回路，其特征是(1)在各電容器組熔斷器兩端分別并接一只與其自身常閉接點(diǎn)串接的信號(hào)繼電器;(2)將各信號(hào)繼電器的一對(duì)常開(kāi)接點(diǎn)全部并聯(lián)后串接在中央信號(hào)預(yù)告音響信號(hào)回路，用以啟動(dòng)中央信號(hào)裝置發(fā)出“電容器組熔斷器斷”的聲、光信號(hào);(3)對(duì)采用單只容量大于500μF的電容器組，不裝設(shè)電容器組的熔斷器及其監(jiān)視報(bào)警回路。
專利摘要
一種由電容器貯能供電的直流電源裝置，是由充電回路、貯能回路、放電回路和監(jiān)視、檢測(cè)回路所構(gòu)成。用來(lái)作為110KV及以下電壓等級(jí)中、小型變電所的保護(hù)和跳閘電源。正常運(yùn)行時(shí)，裝置由三相橋整流器進(jìn)行浮充電；電網(wǎng)故障時(shí)，裝置貯存的能量供給保護(hù)動(dòng)作和斷路器跳閘。本發(fā)明解決了現(xiàn)有方式存在的種種問(wèn)題，與其他直流電源方式相比，具有投資低、壽命長(zhǎng)、體積小、運(yùn)行簡(jiǎn)便、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，并具有足夠的可靠性。
文檔編號(hào)H02J15/00GK86103005SQ86103005
公開(kāi)日1987年2月25日 申請(qǐng)日期1986年5月2日
發(fā)明者韓柏青 申請(qǐng)人:韓柏青導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan