，初级绕组Λ串 接于馈线之中，为第I回路;次级绕组他与气隙电抗器DK和主断路器DL- 1构成第Π回路;并 联于次级绕组N2两端的高抗电抗器⑶K构成第ΙΠ回路；同时，由馈线电流互感器CT-1、次级 绕组N2侧电流互感器CT一 2和安装于变电所中的继电保护控制系统构成检测控制回路。 [0037] 本例在第Π回路中，主断路器DL- 1与次级绕组N2末端(a2)之间还串入备用分断 组件，该备用分断组件包括并联的备用断路器DL-2和快速熔断器RD(本例采用雷管式快速 熔断器，动作时间为1~5ms)。同时，在初级绕组他与出线侧隔离开关GL之间串入有载分接 开关FK。
[0038] 所述气隙电抗器DK包括绕有线圈1 一3的固定铁芯1 一2,该固定铁芯呈回字形，两 竖直侧臂之间设有平行的滑动锁扣1 一 6(固定于固定铁芯的内侧），在固定铁芯的一侧臂上 通过转轴1 一 5销接活动铁芯1 一 1，活动铁芯的活动端正对另一侧臂的端面并在常态保持间 隙δ，在活动铁芯1 一 1与滑动锁扣1 一 6之间设有弹簧1 一 4。滑动锁扣1 一 6上还装有橡胶垫块 1-7,目的是缓解动、静铁芯在短路电流作用下由电磁吸力产生的巨大冲击力，橡胶垫块的 材料可选择耐候轮胎硬橡胶制作。
[0039] 正常运行时，馈线断路器DL，进线侧隔离开关GL和出线侧隔离开关GL均处于合闸 位置。假设线路的额定电流Ie= 2000A，主电抗器Β初级(一次）、次级(二次)绕组设计变比为 Νι:Ν2 = 1:2,由变压器原理可知:Ni:N2 =Ui:U2 =l2:Ιι= 1:2,即一次绕组流过电流Ie = 2000A 时，二次绕组电流Ie2 =l〇〇〇A。气隙电抗器DK运行，主断路器DL- 1、备用断路器DL-2均处于 合闸位置，由于要求气隙电抗器DK在正常时所呈现的阻抗很小，使得主电抗器B的二次绕组 N2近乎在短路状态运行，在本例中，额定电压为500KV，一次侧的感应电压U〇 = 3.25KV，约占 额定电压500KV的千分之6.5,电力用户可以正常运行。
[0040]所述主电抗器B，其结构为双绕组的单相或三相变压器体，并配置一台有载电压的 分接开关FK，分接开关型号为英国MR公司的V型，或是长征电器一厂生产的ZYlA(m)，由于该 变压器的一次绕组是直接串联接入500KV电压等级的主供电回路，即第I回路之中，因此要 求线圈能够随相应电压等级的绝缘能力外，还要求线圈是有抗击巨大短路时电动力的水 平，因为在60kA大短路电流作用下，绕组匝间极易发生变形，因此需要对变压器的一次、二 次绕组进行用绝缘材料加装固定装置，或者是使用环氧复合材料整体浇注的方法，以确保 线圈的抗短路时电动力冲击的能力。所述主电抗器B的铁芯为导磁性能良好的（相对导磁率μΓ>1000)硅钢片叠装而成，电抗变压器的线圈采用铜导线、铜铝合金导线或铝导线绕制。如 果耐压绝缘要求为初级绕组500KV/次级绕组500KV，300000KVA，初级绕组见线圈工作电压 75KV，可以选择保定天威变压器厂生产的型号：SFP-300000/500变压器，或者是具有大型电 炉变压器生产经验的厂家。
[0041] 本例的气隙电抗器DK由于应用于500KV的高压电网中，冲击电流量值大，又必须在 短路后交流正弦波的第一个周波即l〇ms内将变压器的一次侧山快速抬高到一个较大的量 值，这就需要气隙电抗器DK在瞬间能有一个阻抗值的突变增加，本例采用的弹簧式气隙型 的电抗器，就可以满足这种要求，如图4所示，气隙电抗器正常工作时，由于弹簧1-4拉力大 于由于负荷电流所产生的电磁吸引力而使活动铁芯1-1、固定铁芯1-2处于气隙S= 3cm~ 10cm左右间距位置的距离（由于间隙的存在，相对导磁率μΓ减小，U3变小，），而当短路电流 流过气隙电抗器DK线圈时，电流增大，瞬间产生强大的电磁吸力使动、静铁芯克服弹簧弹力 而闭合，铁芯闭合后总导磁率yr将增加几十倍至一百多倍，使U3急剧增大。
[0042] -般高达几吨或者几十吨的电磁引力即可使活动铁芯1 一 1产生约8~10m/秒的初 速度，这个速度足以使铁芯在5ms内运动3~5厘米，正好满足了要求在交流电正弦波的第一 个周波的上半波l〇ms之内串入电抗器的要求。
[0043]本例中主断路器DL- 1发挥的作用是在10~20ms左右，在短路故障发生的同时，由 检测控制回路已将故障信息送达主断路器DL- 1，使该断路器跳闸，由前述可知，该主断路 器DL- 1的灭弧时间仍需要10~20ms。如果选择电压等级选取500KV，额定电流2500A，开断 电流63KV，该主断路器DL-1查阅产品手册后可选择西安高压开关厂的500KV/2500A，型号为 LW12-500的六氟化硫断路器。该主断路器DL- 1还可以选用油断路器或真空断路器。
[0044]除了主断路器DL- 1外，本例还配置了备用断路器DL- 2,其作用是当短路故障发 生时如果检测控制回路无法将主断路器DL- 1断开，为保证装置的高可靠性，在第Π回路中 又安装了次级绕组N2侧电流互感器CT一2,即只要在主电抗器B二次侧绕组中有感应的短路 电流，则继续向备用断路器DL- 2发出跳闸指令，使备用断路器DL- 2断开，从而确保主电抗 器B次级线圈在短路故障发生时开断。考虑到产品的差异性，备用断路器DL- 2应选择不同 厂家的不同型号，且两个断路器跳闸的控制信号也应分别取自不同的互感器，在实际使用 过程中也有可能是两个断路器同时跳闸，这也正是本发明所要求的结果。
[0045]在防止主断路器DL- 1、备用断路器DL- 2误动作的措施中，本实施例还采用了高 抗电抗器⑶K作为第m回路的限压装置，如果主断路器DL- 1或备用断路器DL- 2因故误动 作跳闸（此时并未发生短路故障），若此时负荷电流很大，如超过2600A，即可能会使Ui由 3.25KV大大超过50KV的电压水平，从而影响用户的供电，为保证供电用户端电压在±10% 内波动，第m回路上的高抗电抗器GDK阻值的大小以在负载下运行的额定电流Ie时，主断 路器DL- 1误动时，确保山值不大于10%的Ue为准。本例中取经验数据XGDK = 15XXDK，其中： Xcdk为高抗电抗器GDK的电抗值，Xdk为气隙电抗器DK的电抗值。
[0046] 当短路故障消失后，短路电流随即消失，只有正常的额定电流Ie从变压器的初级 绕组他流过，此时检测控制回路不输出跳闸信号，由人工控制或者重合闸装置将主断路器 DL- 1、备用断路器DL-2分别合闸，装置又处于正常运行状态。
[0047]从上述描述可知，本限流装置实质是一个升压器，因为短路故障的本质是电压的 瞬间跌落而造成的巨大的短路电流，而电网中能量是守恒的，它不能瞬间消失，只能由一种 状态转换为另一种状态，电压突然跌落减少，功率不变，P=IU，若要维持P不变，电流只能迅 速增大，若要恢复到原来的状态，就必须重新建立起电压，才能减小短路电流，因此，本限流 装置实质是电压恢复装置。
[0048]实施例二，如图2、图3~6所示，本实施例的基本结构与例一相同，不同之处仅在于 用快速熔断器RD替代备用断路器DL- 2;本装置应用于60万千瓦的大型发电机组的短路保 护。
【主权项】
1. 一种交流电网中自动限制短路故障电流的装置，具有20~500KV的交流母线，送电馈 线上依次接有馈线断路器(DL)、馈线电流互感器(CT一 1)和两个隔离开关(GL)，其特征在 于:在馈线的两个隔离开关(GL)之间串入一个可变电抗限流器，该可变电抗限流器包括由 铁芯体、初级绕组（Λ)和次级绕组（N2)组成的主电抗器（B)、气隙电抗器（DK)、主断路器 (DL- 1)和高抗电抗器(GDK)，其中，初级绕组(N〇串接于馈线之中，为第I回路;次级绕组 (N2)与气隙电抗器(DK)和主断路器(DL- 1)构成第Π回路;并联于次级绕组(N2)两端的高抗 电抗器(GDK)构成第m回路；同时，由馈线电流互感器(CT一 1)、次级绕组(N2)侧电流互感器 (CT一 2)和安装于变电所中的继电保护控制系统构成检测控制回路。2. 根据权利要求1所述的交流电网中自动限制短路故障电流的装置，其特征在于:在第 Π回路中，主断路器(DL-1)与次级绕组(fc)末端之间还串入备用断路器(DL-2)。3. 根据权利要求1所述的交流电网中自动限制短路故障电流的装置，其特征在于:在第 Π回路中，主断路器(DL- 1)与次级绕组(N2)末端之间还串入快速熔断器(RD)。4. 根据权利要求1或2或3所述的交流电网中自动限制短路故障电流的装置，其特征在 于:所述初级绕组(N〇与出线侧隔离开关(GL)之间串入有载分接开关(FK)。5. 根据权利要求4所述的交流电网中自动限制短路故障电流的装置，其特征在于:所述 气隙电抗器(DK)包括绕有线圈（1 一 3)的固定铁芯（1 一 2)，该固定铁芯呈回字形，两竖直侧 臂之间设有平行的滑动锁扣（1 一 6)，在固定铁芯的一侧臂上通过转轴（1 一 5)销接活动铁芯 (1 一 1)，活动铁芯的活动端正对另一侧臂的端面并在常态保持间隙S，在活动铁芯（1 一 1)与 滑动锁扣（1 一6)之间设有弹簧(1 一4)，滑动锁扣（1 一6)上还装有橡胶垫块(1 -7)。6. 根据权利要求5所述的交流电网中自动限制短路故障电流的装置，其特征在于:所述 间隙δ控制在3 0~10 0mm。7. 根据权利要求1所述的交流电网中自动限制短路故障电流的装置，其特征在于:所述 主断路器(DL- 1)为六氟化硫高压断路器、油断路器或真空断路器。8. 根据权利要求3所述的交流电网中自动限制短路故障电流的装置，其特征在于:所述 快速熔断器(RD)为雷管式快速熔断器，动作时间为1~5ms。9. 根据权利要求1所述的交流电网中自动限制短路故障电流的装置，其特征在于:所述 高抗电抗器(GDK)为高阻抗带气隙的电抗器，其电抗阻值为气隙电抗器(DK)上限值的10~ 20倍。
【专利摘要】本发明涉及一种交流电网中自动限制短路故障电流的装置。旨在使装置正常运行时为低功率损耗，电路发生短路时能增加电抗器的电抗值数，减轻短路故障的损害程度。该装置具有20～500KV的交流母线，送电馈线上依次接有馈线断路器、馈线电流互感器和两个隔离开关，在馈线的两个隔离开关之间串入一个可变电抗限流器，可变电抗限流器包括由铁芯体、初级绕组和次级绕组组成的主电抗器、气隙电抗器、主断路器和高抗电抗器，初级绕组串接于馈线之中，为第Ⅰ回路；次级绕组与气隙电抗器和主断路器构成第Ⅱ回路；并联于次级绕组两端的高抗电抗器构成第Ⅲ回路；同时，由馈线电流互感器、次级绕组侧电流互感器和安装于变电所中的继电保护控制系统构成检测控制回路。
【IPC分类】H02H7/06, H01F29/10, H02H9/02
【公开号】CN105449653
【申请号】CN201511035150
【发明人】张健, 张京伦
【申请人】章则明, 石明君
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月24日