专利名称：一种切断短路电流的装置及方法
技术领域：
本发明涉及电力系统送变电领域，特别涉及切断短路电流的装置及方法。
背景技术：
随着电力系统的不断发展，发电容量的不断上升，电力系统发生短路引起的短路 电流随之增大。短路电流的增大，对电力系统稳定、对设备安全有很大危害。断路器切断短 路电流的能力有限制，短路电流超过断路器最大切断电流值时，断路器无法切断短路电流。 高压大容量断路器的研制成为开关电器领域的困难课题。专利号为200420038425. 3，200520071934. 0，200710019429. 5，2008102265069 发
明的短路电流限制器，其目的都是限制短路电流幅值。以往提出的所有短路电流限制器都 存在体积庞大，价格昂贵的缺点。另外，文献“钱家骊，关永刚.整流式故障电流限制器对高 压断路器开合能力的影响[J]，清华大学学报(自然科学版)，2005，45(10)，1309 1312页。” 指出短路电流幅值减小，断路器切断容量不一定提高。专利号为2008101592788的发明“短路电流限制器装置及方法”，提出一种减小短 路电流，特别是减小短路电流过零点处周围区段的电流值、加长电流过零点处周围小电流 区段的时间、短路电流限制器体积减小、短路电流限制器制造成本降低、电力系统正常运行 时损耗较小的短路电流限制装置及方法。可改善断路器灭弧性能，提高断路器切断容量和 缩短断路器灭弧时间。但是，该专利提出的方法的制造成本仍然较高。
发明内容
本发明的目的就是解决上述问题，提供一种设备体积更小、制造成本更低，方法更 简便的切断短路电流的装置及方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种切断短路电流的装置，它包括断路器，高压开关，磁饱和电抗器，所述高压开关与 磁饱和电抗器并联后与断路器串联，再串联接入供电回路。在磁饱和电抗器投入短路电流回路后，在短路电流过零点周围大于0到小于等于 2毫秒设定区域时，磁饱和电抗器的闭环铁芯不饱和，磁饱和电抗器阻抗为接近无穷大的激 磁阻抗，使该区段的短路电流接近为零；在短路电流过零点周围设定区域以外时，磁饱和电 抗器的闭环铁芯饱和。一种切断短路电流的装置的工作方法为
电力系统正常运行时，高压开关闭合，断路器闭合；
当电力系统发生短路，需要切断短路电流时，先跳开装置的高压开关，把磁饱和电抗器 投入短路电流回路；然后跳开断路器，从而切断短路电流。本发明的有益效果是电力系统正常运行时切断短路电流装置的损耗为零；能够提高断路器灭弧性能，断路器切断容量得到提高，断路器切断短路电流的灭弧时间减小；装置体积减小、制造成本降低、方法更简单。
图1表示切断短路电流的装置结构与连接方式； 图2表示合上高压开关时的短路电流波形；
图3表示断开高压开关时的短路电流波形。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。切断短路电流的装置的结构与连接方式如图1所示。高压开关K与磁饱和电抗器 L并联后，与断路器QF串联。切断短路电流的装置串联接入供电回路。电力系统正常运行 时，高压开关闭合，断路器闭合，电流回路导通，电力系统正常负荷电流从断路器和高压开 关流过。切断短路电流的装置没有损耗。电力系统短路时，短路电流如图2所示。切断短路电流的装置收到继电保护的跳 闸命令，首先断开装置的高压开关，把装置的磁饱和电抗器投入短路电流回路。短路电流不 再通过高压开关，短路电流转移到与高压开关并联的磁饱和电抗器，通过磁饱和电抗器流 通。在短路电流过零点周围大于0到小于等于2毫秒设定区域时，磁饱和电抗器的闭环铁 芯不饱和，磁饱和电抗器阻抗为接近无穷大的激磁阻抗，使该区段的短路电流接近为零；在 短路电流过零点周围设定区域以外时，磁饱和电抗器的闭环铁芯饱和，磁饱和电抗器阻抗 为接近为零的漏磁阻抗，使该区段的短路电流没有变化。磁饱和电抗器限制短路电流后的 波形如图3所示。磁饱和电抗器线圈匝数多、铁芯大时，磁饱和电抗器铁芯不易饱和；优点是可大幅 度限制短路电流；缺点是设备体积大、造价高。磁饱和电抗器线圈匝数少、铁芯小时，磁饱和 电抗器易饱和；缺点是限制短路电流作用有限；优点是设备体积减小、造价降低。不论磁饱 和电抗器线圈匝数多少、铁芯大小，短路电流过零点处周围区段的电流值都可减小；磁饱和 电抗器线圈匝数少、铁芯小，短路电流过零点周围小电流值的时间区段短；磁饱和电抗器线 圈匝数多、铁芯大，短路电流过零点周围小电流值的时间区段长。为了平衡各种要求，选择 短路电流过零点周围大于0到小于等于2毫秒为小电流值的时间区段。这样，磁饱和电抗 器的体积和价格较小。磁饱和电抗器使短路电流过零点处周围大于0到小于等于2毫秒区段的电流值接 近为零。这时，断路器切断短路电流，可降低断路器弧隙电压恢复过程，从而提高断路器的 灭弧能力。可提高断路器切断电流的容量；缩短断路器灭弧时间，断路器有希望经一个过零 点即息弧。断开高压开关，把磁饱和电抗器投入短路电流回路的时候，电路有暂态过程。暂态 过程与磁饱和电抗器线圈的电感L与电阻R的比值L/R有关。L/R大，暂态过程长；L/R小， 暂态过程短。把磁饱和电抗器投入短路电流回路的时候，希望电路有小的暂态过程。磁饱 和电抗器线圈的电阻大，可减小暂态过程。所以，本发明的磁饱和电抗器线圈不必像其他磁 饱和电抗器线圈那样采用小电阻率的导体绕制，反而可以选择比其他磁饱和电抗器线圈较大电阻率的导体绕制，选择范围大。由于磁饱和电抗器在电力系统正常运行时不工作，只在电力系统故障时才投入，而且短路电流很快就被断路器切除，所以，磁饱和电抗器线圈的直 径可以比较小，进一步提高线圈的电阻和降低磁饱和电抗器制造成本。必要时，磁饱和电抗 器可串联电阻，进一步减小投入磁饱和电抗器时的暂态过程。为了改善高压开关的开关暂态特性，高压开关两端可以再并联一组阻容元件。断路器动静触头回路串联了磁饱和电抗器，可减小断路器截断过电压，可改善断 路器切断容性电流的特性。如果把磁饱和电抗器改用空心电抗器，可限制短路电流，也可提高断路器切断容 量。只是，体积较大，暂态过程较差。先跳高压开关，然后再跳断路器效果较好。但是，为了进一步简化设备，高压开关 与断路器也可同时跳闸。这样，可利用原有断路器的两组动触头，一组作为断路器，另一组 作为开关。这样，只要把磁饱和电抗器并联于原有断路器的其中一组动触头即可。可进一 步减小设备，减小投资。如果对原有断路器的两组动触头的机械结构进行改造，变原来断路器的两组动触 头同时动作为两组动触头先后动作，并把先动作的动触头用作本发明的高压开关，后动作 的动触头用作本发明的断路器。可简化本发明的实施，可提高原断路器的机械动作速度，减 小断路器切断短路电流所需时间。接通供电回路时，可先合上高压开关，再合断路器。所述切断短路电流的装置及方法可用现有技术设计制造，完全可以实现，有广阔 应用前景。
权利要求
一种切断短路电流的装置，它包括断路器，高压开关，磁饱和电抗器，其特征是，所述高压开关与磁饱和电抗器并联后与断路器串联，再串联接入供电回路。
2.一种采用权利要求1所述的切断短路电流的装置的工作方法，其特征是，它的工作 过程为电力系统正常运行时，高压开关闭合，断路器闭合；当电力系统发生短路，需要切断短路电流时，先跳开装置的高压开关，把磁饱和电抗器 投入短路电流回路；然后跳开断路器，从而切断短路电流；其中，在磁饱和电抗器投入短路电流回路后，在短路电流过零点周围大于O到小于等 于2毫秒设定区域时，磁饱和电抗器的闭环铁芯不饱和，磁饱和电抗器阻抗为接近无穷大 的激磁阻抗，使该区段的短路电流接近为零；在短路电流过零点周围设定区域以外时，磁饱 和电抗器的闭环铁芯饱和。
全文摘要
本发明公开了一种切断短路电流的装置及方法。它可改善断路器灭弧性能，提高断路器切断容量和缩短断路器灭弧时间。它包括一只断路器，一只高压开关，一只磁饱和电抗器。高压开关与磁饱和电抗器并联后，与断路器串联。切断短路电流的装置串联在供电回路。电力系统正常运行时，切断短路电流的装置的高压开关是闭合的，断路器也是闭合的。电力系统正常运行时切断短路电流的装置损耗为零。当电力系统发生短路，需要切断短路电流时，先跳装置的高压开关，把磁饱和电抗器投入短路电流回路。磁饱和电抗器减小短路电流过零点处周围区段的电流值、加长电流过零点处周围小电流区段的时间。然后跳开断路器，切断短路电流。
文档编号H02J3/00GK101820170SQ20101019210
公开日2010年9月1日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者李晓明 申请人:山东大学