一种110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置，装置包括：第一光电转换器、第二光电转化器、可控硅、储能电容及短路限流装置，短路限流装置由多个高压载流桥体串联构成，第一光电转换器通过光纤与第二光电转换器相连接，第二光电转换器与可控硅相连接，可控硅、储能电容及短路限流装置串联成一闭合回路；第一光电转换器将接收到的断路控制信号转换为光信号，并通过光纤将光信号传输至第二光电转换器，第二光电转换器将光信号转换为电信号，可控硅接收到电信号触发导通闭合回路，储能电容释放电量引爆高压载流桥体的火工部件断开短路电流。本实用新型将高低压区域隔离，避免了电磁影响问题，提出一种体积小、实现难度小的起爆方法。
【专利说明】—种110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力技术，具体的讲是一种110千伏电压等级的短路限流装置的
起爆装置。
【背景技术】
[0002]目前，随着国民经济的迅速发展，电力系统容量和规模不断扩大，分布式发电资源大量接入，使得电网短路电流越来越大，由其引起的问题逐渐凸显。一方面，电网短路电流的增大，导致电网中的电气设备(如断路器和隔离开关)开断容量逐渐与系统的短路容量不匹配，断路器及其他设备的遮断容量和短路动稳定性不能满足系统要求，然而要将其更换为具有更大开断容量的断路器，制造难度大，造价很高，并不是一种经济可行的、普遍适用的方法。另一方面，一般断路器的分闸时间为20?150ms，全开断时间至少需要几十毫秒，而故障电流的最大峰值往往出现在第一半波，短路电流峰值对发、变电设备造成的电动力和热效应的冲击很大，对发电机、变压器等设备的抗短路能力提出了更高的要求，经核算系统内已有部分变压器的最大耐受短路电流设计值不能满足要求。因此，限制系统短路电流已成为一个亟待解决的重要问题。
[0003]故障限流器(fault current limiter)是一种快速限制故障电流的装置,动作时间在5ms以内，早在50年代国外就形成产品(ABB公司的Is-快速限流器)，70年代在国内外的文献中开始大量出现，但真正受到重视和快速发展是在柔性交流输电技术提出以后，从近十年的发展来看具有较高的成熟度和实用性的故障限流器是采用爆炸开关和限流熔断器并联组成的混合式限流器，并且目前只在IOkV系统得到了较为广泛的应用。
[0004]IlOkV是我国电网的一个主要电压等级，而且随着电力负荷的急剧增加，IlOkV短路电流也越来越大，在短路电流冲击下而发生变压器绕组变形损坏的事故屡见不鲜。目前常规的限流方法是采用串联限流电抗器，该技术虽然能够起到一定的限制短路电流作用，但是无法从根本上解决短路电流的危害，同时还会带来直接有功损耗、带有功负荷能力下降、母线压降、漏磁场等不利因素。由于IlOkV等级电压高，与IOkV系统的限流技术相比，在技术和工艺等方面均需重新设计，尤其是起爆技术方面。另外，IlOkV电压等级的电流开断间距很大，以目前的高压载流桥体技术，采用单个高压载流桥体实现难度极大，而且安全和可靠性均难以保证。
实用新型内容
[0005]为解决现有的相关起爆技术无法满足IlOkV等级爆炸式短路限流装置的条件要求，提供一种适用的、可靠的IlOkV爆炸式短路限流装置。
[0006]本实用新型提供了一种110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置，装置包括:第一光电转换器、第二光电转化器、可控硅、储能电容及短路限流装置，短路限流装置由多个高压载流桥体串联构成，所述第一光电转换器通过光纤与所述第二光电转换器相连接，所述的第二光电转换器与可控硅相连接，所述的可控硅、储能电容及短路限流装置串联成一闭合回路；
[0007]所述的第一光电转换器将接收到的断路控制信号转换为光信号，并通过光纤将所述光信号传输至所述第二光电转换器，第二光电转换器将所述光信号转换为电信号，所述可控硅接收到电信号触发导通所述闭合回路，储能电容释放电量引爆所述高压载流桥体的火工部件断开短路电流。
[0008]优选的，本实用新型实施例中的起爆装置还包括:
[0009]光伏充电器，与所述储能电容相连接，用于将光能转换为电能为所述储能电容进行充电。
[0010]优选的，本实用新型实施例中的起爆装置还包括:
[0011]高压限流熔断器和限压器，分别与所述高压载流桥体并联。
[0012]优选的，本实用新型实施例中的起爆装置还包括:
[0013]限流电抗器，与所述高压限流熔断器并联，用于在所述高压限流熔断器熔断后维持电流导通状态。
[0014]本实用新型解决了目前在研究设计IlOkV电压等级短路限流装置时的一个关键技术难题，巧妙的将高低压区域隔离，避免了电磁影响问题，提出了一种体积小、实现难度小、实际可行的起爆方法，能够给IlOkV爆炸式短路限流装置的应用和推广提供有益的技术手段。
[0015]为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本实用新型一种110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置的示意图；
[0018]图2为本实用新型一种110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置的示意图；
[0019]图3为本实用新型一实施例的示意图；
[0020]图4为本实用新型一实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0022]如图1所示，本实用新型提供了一种110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置，装置包括:第一光电转换器101、第二光电转化器102、可控硅103、储能电容104及短路限流装置105,第一光电转换器101通过光纤与第二光电转换器102相连接,第二光电转换器102与可控硅103相连接，可控硅103、储能电容104及短路限流装置105串联成一闭合回路；
[0023]第一光电转换器101将接收到的断路控制信号转换为光信号，并通过光纤将所述光信号传输至第二光电转换器102,第二光电转换器102将光信号转换为电信号,可控娃103接收到电信号触发导通所述闭合回路，储能电容释放电量引爆短路限流装置中的高压载流桥的火工部件断开短路电流。
[0024]同时，如图2所示,起爆装置还包括:
[0025]光伏充电器106，与储能电容104相连接，用于将光能转换为电能为储能电容104进行充电。
[0026]下面结合具体的实施方式对本实用新型的技术方案做进一步详细描述:
[0027]图3所示为本实用新型一实施例的示意图，包括高压载流桥体401、高压限流熔断器402、限压器403、暂态电流互感器404、控制单元405、光电传感器406、光纤407、光伏充电器408、储能电容器409、可控硅单元410。下面以电网三相中的一相为例进行实用新型内容的说明，其他相的实用新型内容与此相相同。
[0028]高压载流桥体401、高压限流熔断器402和限压器并403联后串入I IOkV引线(导线)中需快速开断的位置。
[0029]高压载流桥体401是由高导电率的金属材料(T2铜)制作而成的一种爆炸式开关器件，内部设有火工部件，具有载流量大、爆炸动作速度快的特点，但大电流遮断能力很差，因此其作用是正常情况下载流，短路情况下快速转移短路电流。为了达到IlOkV开断距离要求，采用多个高压载流桥体串联的形式。每个桥体设有火工部件，但是由于工艺上难免存在差异，动作特性也会存在一定的差异，因此采用串联成闭合回路的点火信号引爆串联火工部件。IlOkV爆炸式短路限流装置中的爆炸开关是由纯铜材料制作而成，在其中部设有电子火工部件，正常时电阻极小，具有很强的载流能力，平时工作时电流全部从该爆炸开关中通过，当系统发生短路故障时，爆炸开关立即断开，电阻迅速增大，短路电流被快速转换到大容量的限流熔断器中，由限流熔断器对短路电流进行分断。
[0030]高压限流熔断器402具有很强的电流开断能力和很好的I/s特性，在短路电流作用下，其熔体会很快熔化、汽化、产生电弧、建立弧压、熄灭电弧，最后实现电流的开断，但高压限流熔断器额定电流较小，载流能力有限，因此其作用是正常情况下不介入，短路情况下开断短路电流。
[0031]限压器403的作用是吸收高压限流熔断器开断产生的电弧能量及电源注入的能量，使其顺利熄弧，将断开时的过电压限制在允许范围内。
[0032]限流电抗器411采用并联的方式接入，用于在高压限流熔断器熔断、熄弧后维持电流导通状态，同时起到限制短路电流的作用，限流电抗器也可选择不接，则短路限流装置动作后IlOkV引线412(导线)断开。
[0033]暂态电流互感器404用于隔离IlOkV高压，检测短路电流信号并接入控制单元，暂态电流互感器也可由常规电流互感器替代使用，常规电流互感器存在的脉冲信号衰减及相移可以通过控制单元进行计算补偿。控制单元用于短路电流信号的采集、计算、判断、驱动和通讯。光电传感器和光纤用于将控制单元发出的控制信号传输至可控硅单元，光纤传输的抗干扰效果好，避免了复杂的高压隔离。
[0034]本发明实施例中点火信号是由控制系统发出的，控制系统是微电子装置，而爆炸开关是应用在电力系统的主回路上，因此点火信号必须要进行高压隔离，避免高压电磁干扰对控制系统造成影响，导致误动作或拒动。在IOkV系统中，因电压较低，相对容易实现，一般是采用特制的暂态脉冲变压器进行隔离。而IlOkV电压太高，采用变压器隔离则很不实际，不仅体积大、成本高，关键是信号衰减严重，而且电磁兼容极难处理，尤其是点火信号是一个脉冲，用IIOkV隔离变压器来传送一个脉冲信号，不仅信号强度衰减严重，而且脉冲信号的波形陡度将会被大大削弱，不能满足火工部件的点火要求。而本发明在IlOkV等电位区域采用光伏充电器和储能电容为爆炸式短路限流装置的火工部件提供起爆能量，通过光纤传输控制信号实现高低压之间的隔离，完全排除了电磁场对控制信号的干扰。
[0035]光伏充电器408用于将太阳光转换为直流电流，对储能电容器409进行充电，充至设定电压时停止充电。该储能电容器409通过可控硅单元410与所有高压载流桥体火工部件的起爆装置串联成一闭合回路。该部分均处于IlOkV电压等电位区域，因此简化了对绝缘的考虑，无需进行高压隔离。
[0036]本实用新型的工作流程为:
[0037]当正常运行时，高压载流桥体承载几乎全部工作电流，高压限流熔断器和限压器不工作；光伏充电器将太阳光转换为直流电流，对储能电容器进行充电，充至设定电压时停止充电。
[0038]当IlOkV系统中发生短路故障，短路电流通过暂态电流互感器被检测到，传输至控制单元进行识别后，发出控制信号，由光电转换器转换为光信号，经光纤传输至高压区域，再经光电转换器转换为电信号，触发可控硅单元导通，储能电容器迅速释放电量，同时引爆高压载流桥体火工部件，桥体立即开断，其电阻迅速上升，短路电流转移至高压限流熔断器中，与限压器共同作用下将电流开断。
[0039]如果未采用限流电抗器，则短路电流被断开；如果采用限流电抗器，则短路电流被转移至限流电抗器，短路电流水平大大降低。
[0040]本实用新型的技术关键在于:在IlOkV等电位区域采用光伏充电器和储能电容为爆炸式短路限流装置的火工部件提供起爆能量，通过光纤传输控制信号实现高低压之间的隔离，完全排除了电磁场对控制信号的干扰。
[0041]如图4所示，以一个220kV变电站内的一台容量180MVA、联接组别YNynOdll的220kV变压器为实施例(仅以电网三相中的一相为例，其他相与此相相同)。变压器中压侧出线经隔离开关、限流电抗器501、断路器、隔离开关至中压母线，爆炸式短路限流装置503与限流电抗器501并联接入，正常运行时，运行电流几乎全部流经爆炸式短路限流装置，当发生故障时，爆炸式短路限流装置断开，短路电流流经限流电抗器501，起到限制短路电流，保护变压器中压侧绕组的作用。
[0042]该实施例中:
[0043](I) IlOkV爆炸式短路限流装置采用8个IOkV的高压载流桥体串联，每个桥体动作后开断的净距离为120mm以上，8个串联桥体开断后的净距离将达到960mm以上，该开断距离是可以满足IlOkV系统开断要求的。
[0044](2)目前常规产品采用的火工部件为低压点火技术。电子雷管采用爆炸桥丝，带有引火药，敏感度很高，对制作工艺及屏蔽措施要求等较高，安全性相对较差，不易保管，平时检修测量的危险性大，且寿命较短，一般不会超过十年。因此，高压载流桥体内部的火工部件需采用钝化的雷管，雷管的点火方式为高压等离子火花，由充电至800V的电容器直接产生。
[0045](3)由于目前较为普遍的是IOkV高压限流熔断器，因此IlOkV高压限流熔断器需特殊定制，参数满足额定电压IlOkV,额定开断电流6kA即可。限压器可选用将开断过电压限制在额定相电压2.5倍水平以下的氧化锌阀片。
[0046](4)暂态电流互感器可省去，直接从变电站内I IOkV侧电流互感器502的二次端子取信号，并接入控制单元的采集口。控制单元可采用逻辑电路与微机检测控制系统并用的方式，在信号接口中采用DSP快速运算模块，CPU采用美国微芯公司的PIC芯片，实现良好的抗干扰性能。其中逻辑电路和微机系统都可以独立工作，正常运行时微机系统还对逻辑短路进行分析管理，以防止误判，保证高可靠性和稳定性，检测装置内配置储能元件，带电初期即进行充电，即使装置出现短时失电，可保证2s内装置正常工作。
[0047](5)光伏充电器一般由太阳能光伏电池板与电压电流检测电路、充电电路、过充保护电路组成，功率80?100W，输出800V电压。采用额定电压800V，容量InF的电解电容器进行储能，可控硅单元采用高压晶闸管，也可采用光控高压晶闸管，则在高压区域的光纤终端不接光电转换器，直接接入光控高压晶闸管。
[0048]随着电网短路电流水平越来越大，目前电力行业内对安全可靠、节能有效的IlOkV电压等级短路电流限制方法和装置提出了越来越大的需求，而目前在这方面开展研究探索的机构和企业仍然较少，也鲜有相关的技术成果。本实用新型的提出，解决了目前在研究设计IlOkV电压等级短路限流装置时的一个关键技术难题，巧妙的将高低压区域隔离，避免了电磁影响问题，提出了一种体积小、实现难度小、实际可行的起爆方法。因此本实用新型能够给IlOkV爆炸式短路限流装置的应用和推广提供有益的技术手段。
[0049]本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
【权利要求】
1.一种110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置，其特征在于，所述的装置包括:第一光电转换器、第二光电转化器、可控硅、储能电容及短路限流装置，所述的短路限流装置由多个高压载流桥体串联构成，所述第一光电转换器通过光纤与所述第二光电转换器相连接，所述的第二光电转换器与可控硅相连接，所述的可控硅、储能电容及短路限流装置串联成一闭合回路； 所述的第一光电转换器将接收到的断路控制信号转换为光信号，并通过光纤将所述光信号传输至所述第二光电转换器，第二光电转换器将所述光信号转换为电信号，所述可控硅接收到电信号触发导通所述闭合回路，储能电容释放电量引爆所述高压载流桥体的火工部件断开短路电流。
2.如权利要求1所述的110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置，其特征在于，所述的起爆装置还包括: 光伏充电器，与所述储能电容相连接，用于将光能转换为电能为所述储能电容进行充电。
3.如权利要求1所述的110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置，其特征在于，所述的起爆装置还包括: 高压限流熔断器和限压器，分别与所述短路限流装置并联。
4.如权利要求3所述的110千伏电压等级的短路限流装置的起爆装置，其特征在于，所述的起爆装置还包括: 限流电抗器，与所述高压限流熔断器并联，用于在所述高压限流熔断器熔断后维持电流导通状态。
【文档编号】H02H3/08GK203813428SQ201420204034
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】龙凯华, 马继先, 杨海超, 郝震, 郭绍伟, 杨大伟, 邬彦威, 毛婷, 杨旭, 刁嘉, 王建新 申请人:国家电网公司, 华北电力科学研究院有限责任公司, 国网冀北电力有限公司电力科学研究院, 国网冀北电力有限公司检修分公司, 国网冀北电力有限公司廊坊供电公司