一種快速滅弧器、弧光保護系統及控制方法
【專利摘要】本發明提出了一種快速滅弧器，包括3組真空滅弧室和1組電磁斥力操作機構，所述3組真空滅弧室的靜觸頭分別連接被保護母線的A、B、C三相，動觸頭分別連接電磁斥力機構的金屬導電桿，金屬導電桿直接接地。本發明還提出了一種弧光保護系統及其控制方法。快速滅弧器在3ms內將電弧故障轉變為金屬性短路故障，最終斷路器分閘完全切除故障。弧光保護系統通過基于電磁斥力操作機構的快速滅弧器，再加上弧光快速檢測，快速滅弧，大大降低電弧對設備和人身造成的傷害。
【專利說明】一種快速滅弧器、弧光保護系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于輸變電領域，具體涉及一種快速滅弧器、弧光保護系統及控制方法，可用于金屬封閉開關柜以及其他變配電設備內部的電弧檢測及保護。
【背景技術】
[0002]中低壓母線因其出線多，操作頻繁，設備絕緣老化和機械磨損，再加上運行條件惡劣等因素造成其故障幾率比高壓、超高壓母線高得多。中低壓開關柜發生故障產生的電弧能量，可以輕而易舉地折斷配電板上1mm直徑的螺栓。電弧火災在沒有滅弧保護的情況下，通常可以直接熔毀開關柜或一整套機組，使其無法修復。電弧故障還可能波及站用直流系統，從而形成系統性故障，造成巨大的直接和間接經濟損失。總而言之電弧故障對運行人員和設備都將造成極大的危害。
[0003]綜上所述，在中低壓金屬開關柜中裝設快速弧光保護系統是非常有必要的。
[0004]現有弧光保護系統的工作原理是接受弧光傳感器和電流互感器的信號，通過控制裝置對接受的信號進行邏輯判斷，最終發出相關斷路器跳閘指令。但從斷路器接收到跳閘指令到完全切除故障，通常需要10ms的時間。在此時間內電弧已經對設備造成了極大的破壞，因此傳統弧光保護系統不能有效保護運行設備及人身安全。
[0005]本發明針對目前弧光保護系統存在的缺陷，采用快速滅弧器在3ms內進行滅弧，從而有效降低了電弧故障地設備及人身的安全威脅，具有廣泛的工程實施意義。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于，提供一種快速滅弧器、弧光保護系統及控制方法，能夠準確識別判斷電弧故障，并能在3ms內進行快速滅弧，大大降低了電弧故障對中低壓配電系統中的設備以及運行維護人員的安全危險。
[0007]本發明的技術方案是:一種快速滅弧器，其特征在于:包括3組真空滅弧室和I組電磁斥力操作機構，所述3組真空滅弧室的靜觸頭分別連接被保護母線的A、B、C三相，動觸頭分別連接電磁斥力機構的金屬導電桿，金屬導電桿直接接地。
[0008]上述方案中:所述電磁斥力機構由I組儲能觸發單元、3組合閘線圈、3組分閘線圈、3只金屬斥力盤、3根金屬導電桿和3組雙穩態碟簧構成；金屬斥力盤分別安裝于分閘線圈和合閘線圈中間，并且分別與金屬導電桿連接；金屬導電桿的端部穿過雙穩態碟簧的中心，并且與雙穩態碟簧中心緊密固定。
[0009]上述方案中:所述儲能觸發單元包括I個合閘儲能電容、I個分閘儲能電容、I個合閘觸發半導體開關、I個分閘觸發半導體開關、I個合閘續流二極管和I個分閘續流二極管；所述合閘儲能電容與合閘觸發半導體開關以及3組合閘線圈串聯；所述分閘儲能電容與分閘觸發半導體開關以及3組分閘線圈串聯。
[0010]本發明還提供一種弧光保護系統，包括控制檢測單元、弧光檢測光學探頭；其特征在于:所述系統還包括如權利要求1所述的快速滅弧器，所述快速滅弧器與弧光檢測光學探頭分別通過光纖與控制檢測單元連接。
[0011]本發明還提供一種弧光保護系統的控制方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟:
[0012]步驟1:控制檢測單元接收弧光檢測光纖探頭信號和電流互感器信號；
[0013]步驟2:控制檢測單元根據接受的信號作出有無電弧光故障發生的判斷；
[0014]步驟3:若控制檢測單元判斷有電弧光故障發生，則立刻同時發出故障所在供電支路斷路器的跳閘信號和故障所在母線段的快速滅弧器滅弧信號；
[0015]步驟4:快速滅弧器接收到滅弧信號后，儲能觸發單元導通合閘觸發半導體開關，合閘儲能電容向合閘線圈放電；
[0016]步驟5:斷路器接收到跳閘信號后動作跳閘，跳閘完成后完全切除故障電流；
[0017]步驟6:快速滅弧器接收到控制檢測單元的分閘信號后，儲能觸發單元導通分閘觸發半導體開關，分閘儲能電容向分閘線圈放電。
[0018]采用上述方案后，本發明具有以下優點:
[0019]1.快速滅弧器通過斥力線圈的串聯設計能夠實現三相同時動作，能在3ms內消除故障點電弧，有效保護設備和人身安全。
[0020]2.快速滅弧器具有快速分閘功能，能在5ms內完成分閘，有利于配電系統的重啟動。
[0021]3.快速滅弧器能夠重復多次使用，降低新型快速弧光保護系統動作后的維護成本。
[0022]4.控制檢測單元與快速滅弧器通過光纖連接，不受配電系統強電磁干擾的影響，
安全可靠性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明快速滅弧器的原理結構圖
[0024]圖2是本發明弧光保護系統的控制原理圖
[0025]圖3是本發明弧光保護系統應用于配電系統的典型配置圖
[0026]其中1_控制檢測單兀，2_弧光檢測光學探頭,3_快速滅弧器,4_電流/[目號,5_光學探頭信號，6-斷路器跳閘信號，7-快速滅弧器滅弧信號，8-快速滅弧器分閘信號，9-電磁斥力操作機構，10-儲存觸發單元,11-合閘線圈，12-分閘線圈，13-金屬斥力盤，14-金屬導電桿，15-雙穩態碟簧，16-分閘儲能電容，17-分閘觸發半導體開關，18-分閘續流二極管，19-合閘儲能電容，20-合閘觸發半導體開關，21-合閘續流二極管，22-真空滅弧室，23-真空滅弧室靜觸頭，24-真空滅弧室動觸頭
【具體實施方式】
[0027]以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0028]如圖1所示，本發明提供一種快速滅弧器，包括3組真空滅弧室(22)和I組電磁斥力操作機構(9)。3組真空滅弧室的靜觸頭(23)分別連接被保護配電系統的A、B、C三相母線，動觸頭(24)分別連接電磁斥力機構的金屬導電桿(14)，金屬導電桿(14)直接接地。
[0029]如圖1所示，電磁斥力機構(9)由I組儲能觸發單元(10)、3組合閘線圈(11)、3組分閘線圈(12)、3只金屬斥力盤(13)、3根金屬導電桿(14)和3組雙穩態碟簧(15)構成。金屬斥力盤(13)分別安裝于合閘線圈(11)和分閘線圈(12)中間，并且分別與金屬導電桿
(14)連接。金屬導電桿(14)的端部穿過雙穩態碟簧(15)的中心，并且與雙穩態碟簧(15)中心緊密固定。
[0030]如圖1所示，儲能觸發單元(10)包括I個分閘儲能電容(16)、1個合閘儲能電容
(19)、1個分閘觸發半導體開關(17)、1個合閘觸發半導體開關(20)、1個分閘續流二極管
(18)和I個合閘續流二極管(21)。分閘儲能電容(16)與分閘觸發半導體開關(17)以及3組分閘線圈(12)串聯。合閘儲能電容(19)與合閘觸發半導體開關(20)以及3組合閘線圈(11)串聯。分閘續流二極管(18)和合閘續流二極管(21)分別與3組分閘線圈(12)和3組合閘線圈并聯(11)。
[0031]如圖1所示，分閘儲能電容(16)可通過外部充電回路充電至500V，當分閘觸發半導體開關(17)接收到分閘指令時導通，分閘儲能電容(16)向3組串聯的分閘線圈(12)放電，并在3只金屬斥力盤(13)上產生感應渦流,分閘線圈(12)放電電流和金屬斥力盤(13)上的感應渦流的磁場相反，產生電磁斥力，使得金屬斥力盤(13)帶動金屬導電桿(14)以及真空滅弧室動觸頭(24)向下運動，在5ms內實現分閘動作。分閘到位后由雙穩態碟簧(15)提供分閘狀態保持力。
[0032]如圖1所示，合閘儲能電容(19)可通過外部充電回路充電至600V，當合閘觸發半導體開關(17)接收到滅弧動作指令時導通，合閘儲能電容(19)向3組串聯的合閘線圈
(11)放電，并在3只金屬斥力盤(13)上產生感應渦流，合閘線圈(11)放電電流和金屬斥力盤(13)上的感應渦流的磁場相反，產生電磁斥力，使得金屬斥力盤(13)帶動金屬導電桿
(14)以及真空滅弧室動觸頭(24)向上運動，在3ms實現合閘動作，將電弧故障轉化為金屬性短路故障，起到快速滅弧。合閘到位后由雙穩態碟簧(15)提供合閘狀態保持力。
[0033]如圖2所示，本發明提供的一種弧光保護系統，包括控制檢測單元(I)、弧光檢測光學探頭(2)，還包括快速滅弧器(3)。快速滅弧器(3)、弧光檢測光學探頭(2)通過光纖與控制檢測單元(I)連接。
[0034]如圖3所示，配電系統中的母線I段和II段分別安裝一套快速滅弧器(3)。正常工作時，快速滅弧室(3)的3組真空滅弧室(22)處于分閘狀態，分別承受母線相對地電壓。
[0035]本發明提供的一種弧光保護系統控制方法包括如下步驟:
[0036]步驟1:如圖3所示，本案例中，控制檢測單元⑴接受多路裝設在被保護系統中的弧光檢測光纖探頭信號(5)和電流互感器CT1、CT2和CT3的電流信號(4)；
[0037]步驟2:如圖3所示，本案例中，當控制檢測單元⑴根據接受的電流信號⑷和弧光探頭信號(5)是否均達到了保護動作門檻值，作出有無電弧光故障發生的判斷；
[0038]步驟3:如圖3所示，本案例中，若控制檢測單元(I)判斷有電弧光故障發生，則立刻發出故障所在支路上的斷路器跳閘信號(6)和故障所在母線I段或II段上裝設的快速滅弧器⑶的滅弧信號⑵；
[0039]步驟4:如圖3所示，本案例中，故障所在母線I段或II段上裝設的快速滅弧器(3)接收到滅弧信號(7)后，儲能觸發單元(10)導通內部合閘觸發半導體開關(20)，向3組串聯合閘線圈(11)放電，并在3只金屬斥力盤(13)上產生感應渦流。感應渦流的磁場與合閘線圈(11)電流產生的磁場相反，產生電磁斥力，使得3組金屬斥力盤(13)帶動3根金屬導電桿(14)以及3組真空滅弧室動觸頭(24)向上運動，在3ms內完成三相同時快速合閘。將電弧故障轉化為金屬性短路電流，實現快速滅弧；
[0040]步驟5:如圖3所示，本案例中，斷路器CBl、CB2、CB3和CB4接收到跳閘信號(6)后動作跳閘，約10ms后完全切除系統故障電流。
[0041]步驟6:如圖3所示，本案例中，故障所在母線I段或II段上裝設的快速滅弧器(3)接收到控制檢測單元(I)的分閘信號后，儲能觸發單元(10)導通內部分閘觸發半導體開關
(17)，并向3組分閘線圈(12)放電，在3只金屬斥力盤(13)上產生感應渦流。感應渦流的磁場與分閘線圈(12)電流產生的磁場相反，產生電磁斥力，使得3只金屬斥力盤(13)帶動3根金屬導電桿(14)以及3組真空滅弧室動觸頭(24)向下運動，在5ms內完成快速分閘。
[0042]此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發明的范圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發明的范圍的限制，本發明的范圍有所附的權利要求定義。
【權利要求】
1.一種快速滅弧器，其特征在于:包括3組真空滅弧室和I組電磁斥力操作機構，所述3組真空滅弧室的靜觸頭分別連接被保護母線的A、B、C三相，動觸頭分別連接電磁斥力機構的金屬導電桿，金屬導電桿直接接地。
2.如權利要求1所述的一種快速滅弧器，其特征在于:所述電磁斥力機構由I組儲能觸發單元、3組合閘線圈、3組分閘線圈、3只金屬斥力盤、3根金屬導電桿和3組雙穩態碟簧構成；金屬斥力盤分別安裝于分閘線圈和合閘線圈中間，并且分別與金屬導電桿連接；金屬導電桿的端部穿過雙穩態碟簧的中心，并且與雙穩態碟簧中心緊密固定。
3.如權利要求2所述的一種快速滅弧器，其特征在于:所述儲能觸發單元包括I個合閘儲能電容、I個分閘儲能電容、I個合閘觸發半導體開關、I個分閘觸發半導體開關、I個合閘續流二極管和I個分閘續流二極管；所述合閘儲能電容與合閘觸發半導體開關以及3組合閘線圈串聯；所述分閘儲能電容與分閘觸發半導體開關以及3組分閘線圈串聯。
4.一種弧光保護系統，包括控制檢測單元、弧光檢測光學探頭；其特征在于:所述系統還包括如權利要求1所述的快速滅弧器，所述快速滅弧器與弧光檢測光學探頭分別通過光纖與控制檢測單元連接。
5.一種如權利要求4所述的弧光保護系統的控制方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: 步驟1:控制檢測單元接收弧光檢測光纖探頭信號和電流互感器信號； 步驟2:控制檢測單元根據接受的信號作出有無電弧光故障發生的判斷； 步驟3:若控制檢測單元判斷有電弧光故障發生，則立刻同時發出故障所在供電支路斷路器的跳閘信號和故障所在母線段的快速滅弧器滅弧信號； 步驟4:快速滅弧器接收到滅弧信號后，儲能觸發單元導通合閘觸發半導體開關，合閘儲能電容向合閘線圈放電； 步驟5:斷路器接收到跳閘信號后動作跳閘，跳閘完成后完全切除故障電流； 步驟6:快速滅弧器接收到控制檢測單元的分閘信號后，儲能觸發單元導通分閘觸發半導體開關，分閘儲能電容向分閘線圈放電。
【文檔編號】H02H7/22GK104393577SQ201410638237
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】楊兵, 任百群, 石親民, 牛洪海, 王杰, 呂瑋, 劉彬, 楊浩, 李樂樂, 方太勛 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術有限公司