海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器的制造方法
【專利摘要】一種海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器，包括底座、快速隔離器、限流熔斷器、電器控制器、高壓隔離變壓器及低壓信號控制箱，所述底座上設(shè)有快速隔離器、支持絕緣子及高壓隔離變壓器，所述的快速隔離器一端與支持絕緣子連接，另一端與電子控制器及高壓隔離變壓器連接，高壓隔離變壓器與低壓信號控制箱連接，所述限流熔斷器與快速隔離器連接，所述低壓信號箱通過設(shè)置在高壓隔離變壓器上的低壓信號控制箱連接口與高壓隔離變壓器連接；本實(shí)用新型大大降低了故障電流的總能量（約為普通斷路器的1/200），從而更有效地保護(hù)了電力主設(shè)備免受損壞。
【專利說明】海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電網(wǎng)的熔斷【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種適用于海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器。
【背景技術(shù)】
[0002]限流溶斷器，英文名稱current-limiting fuse,亦稱 HRC fule, High RupturingCapacity fuse。限流熔斷器是指能在其切斷額定電流和限流范圍內(nèi)安全地切斷所有可能出現(xiàn)的電流的熔斷器。它將額定電壓下的熔斷時(shí)間限制到等于或小于第一個主流波或?qū)ΨQ電流波期間內(nèi)，同時(shí)將通過電流限制到小于峰值電流。
[0003]限流熔斷器是高壓熔斷器的一種。限流熔斷器分為電阻限流和電弧電抗變換限流。電阻限流使電路中電流值被限制在一定幅值以下。不論短路與否都不會超過一定值。限流熔斷器有兩種熔體結(jié)構(gòu)，一種直列熔體，一種螺旋纏繞熔體。直列熔體起弧后電弧電抗隨著電弧拉長而增加。并且逐步改變相位。螺旋熔體利用螺旋電抗變換改變相位。兩者創(chuàng)造零休使電壓、電流同時(shí)過零。在電流達(dá)到峰值前移相熄滅電弧。這種熄滅電弧時(shí)限流能力是差異很大的。可見，在供電設(shè)計(jì)中必須考濾限流熔斷器的種類和結(jié)構(gòu)。能限制短路電流峰值的熔斷器就叫做限流熔斷器。限流熔斷器只有半個波的良好工作期。否則難以開斷。
[0004]目前國際上已有基于超導(dǎo)技術(shù)、電力電子技術(shù)和爆破切割技術(shù)的限流熔斷技術(shù)，但真正進(jìn)入工業(yè)實(shí)用階段的只有基于爆破切割技術(shù)的短路電流限制器。
[0005]目前采用爆破技術(shù)制造的快速隔離器導(dǎo)電體型式分為平板式、管式及活塞撞擊式三種，其中，平板式，導(dǎo)爆索驅(qū)動，工藝結(jié)構(gòu)簡單，易形成完整額定電流序列，斷口形態(tài)容易控制，易達(dá)到更大的額定電流；管式，炸藥柱驅(qū)動，工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斷口形態(tài)不易控制，不易形成完整的額定電流序列，單體不易達(dá)到大的額定電流；活塞撞擊式，炸藥芯驅(qū)動，工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斷口形態(tài)不易控制，不易形成完整的額定電流序列。
[0006]目前現(xiàn)有基于爆破切割技術(shù)的限流熔斷技術(shù)由傳感器和電子控制器構(gòu)成，專用電流傳感器一般采用羅果夫斯基線圈，經(jīng)過絕緣澆注處理將二次輸出線引到低壓區(qū)域；所有電子控制系統(tǒng)也處于低壓區(qū)域，工作環(huán)境較好。這類FCL需要配置專用高耦合性能的高壓隔離型脈沖變壓器，用來傳輸強(qiáng)電流點(diǎn)火脈沖信號至高電位區(qū)域。點(diǎn)火脈沖因傳輸環(huán)節(jié)多、傳輸距離遠(yuǎn)從而損失了效率。因?yàn)橐惶纂娮涌刂破骺刂迫喈a(chǎn)品，要求電子控制器具有更高的可靠性，否則可能導(dǎo)致整套FCL失效。另外這類FCL由于部件多，一般適宜組柜戶內(nèi)安裝、不適于分散布置及戶外安裝。
[0007]現(xiàn)在的限流熔斷裝置主要包括快速隔離器、高壓限流熔斷器、電流傳感器、高壓脈沖變壓器、底座、電子控制器及連接電纜，其中快速隔離器的單只隔離器額定電流小，最大2000A。更大的額定電流需用多只并聯(lián)，降低了產(chǎn)品可靠性，在爆破切割時(shí)可控制性比較差，容易出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)不到位或過翻轉(zhuǎn)斷瓣現(xiàn)象；其內(nèi)部導(dǎo)電回路需經(jīng)過法蘭盤、銀焊等進(jìn)行連接轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易出現(xiàn)局部過熱；該快速隔離器絕緣外殼半密封，動作噪音大，內(nèi)外環(huán)境不隔離，影響爆破切割裝置的使用壽命；且動作時(shí)會噴出導(dǎo)電性的碳水混合氣體，容易損傷周邊設(shè)備或造成絕緣隱患；還只能在戶內(nèi)使用；而電流傳感器采用穿心式CT，線性度差易飽和，不能和限流熔斷技術(shù)主體融為一體，必須組柜安裝；所述控制器安裝在低壓側(cè)，動作觸發(fā)信號需要經(jīng)高壓脈沖隔離變壓器傳到高壓區(qū)域，降低了觸發(fā)速度；該控制器為單片機(jī)系統(tǒng)，采用三選二表決邏輯控制，由于電力系統(tǒng)相間相位差為120° (6.7ms)，所以必然影響控制器響應(yīng)速度；且一個控制器控制三相，沒有冗余，控制器失效將導(dǎo)致整套設(shè)備失效。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中單體不易達(dá)到大的額定電流、工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、斷口形態(tài)不易控制、不易形成完整的額定電流序列的技術(shù)問題，提供一種適用于海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器，包括底座、快速隔離器、限流熔斷器、電器控制器、高壓隔離變壓器及低壓信號控制箱，所述底座上設(shè)有快速隔離器、支持絕緣子及高壓隔離變壓器，所述的快速隔離器一端與支持絕緣子連接，另一端與電子控制器及高壓隔離變壓器連接，高壓隔離變壓器與低壓信號控制箱連接，所述限流熔斷器與快速隔離器連接，所述低壓信號箱通過設(shè)置在高壓隔離變壓器上的低壓信號控制箱連接口與高壓隔離變壓器連接。
[0011 ] 所述快速隔離器通過高壓電流母線與支持絕緣子連接。
[0012]所述快速隔離器通過高壓電流母線與電子控制器連接。
[0013]所述快速隔離器通過高壓電流母線與高壓隔離變壓器連接。
[0014]所述快速隔離器內(nèi)設(shè)有電流變化率傳感器。
[0015]所述電流變化率傳感器通過信號電纜與電子控制器連接。
[0016]所述電子控制器通過電源電纜與高壓隔離變壓器連接。
[0017]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):1、短路開斷能力強(qiáng)(大容量)；2、開斷速度快(高速)，動作時(shí)間小于Ims ;3、開斷過程具有明顯的限流特性(限流)；4、快速隔離器均由單個橋體構(gòu)成；5、專用的電流傳感器集成在快速隔離器內(nèi)，最大限度地簡化了結(jié)構(gòu)；
6、電子控制器每相獨(dú)立控制，純硬件邏輯多重冗余，提供最高的可靠性；7、動作判據(jù)采用電流瞬時(shí)值和電流變化率瞬時(shí)值；8、快速隔離器全密封，內(nèi)部爆破切割機(jī)構(gòu)與氣候全隔離，將動作噪音降到最低，無煙霧噴出，為直接用于戶外提供了技術(shù)保障；9、產(chǎn)品可以分散布置，也可方便的集成在開關(guān)柜內(nèi)；可用于戶內(nèi)，也可直接用于戶外；10、動作后開斷部件成本低，并且更換方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本實(shí)用新型限流器動作時(shí)單點(diǎn)序示意圖。
[0020]圖3是電力系統(tǒng)典型短路電流的波形及本實(shí)用新型與普通斷路器開斷性能比較的示意圖。
[0021]1-快速隔離器；2_限流熔斷器；3_電子控制器；4_高壓隔離變壓器；5_支持絕緣子；6_高壓電流母線；7-底座；8_低壓信號控制箱連接口 ；9-電流變化率傳感器；10_低壓信號控制箱。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1所示，本實(shí)用新型的低壓信號控制箱10通過高壓隔離變壓器4給電子控制器3供電，并采用燈光、繼電器接點(diǎn)、記數(shù)器等手段指示本實(shí)用新型的工作狀態(tài)?？焖俑綦x器I和特種高壓限流熔斷器2在電氣上是并聯(lián)的，由于前者電阻為微歐級，后者電阻為毫歐級，故正常運(yùn)行情況下母線電流幾乎全部流過快速隔離器I。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路事故時(shí)，置于快速隔離器I內(nèi)部的電流變化率傳感器9將母線6中的短路電流信號通過信號電纜傳遞給高壓側(cè)電子控制器3，由3進(jìn)行信號的分析和處理。若短路電流信號超過整定值，3將通過信號電纜輸出點(diǎn)火脈沖信號，使快速隔離器I中的執(zhí)行元件---爆破切割系統(tǒng)動作，將隔離器導(dǎo)電回路在幾百微秒的時(shí)間內(nèi)高速斷開；在隔離器導(dǎo)電回路斷開的過程中，故障電流轉(zhuǎn)移到特種高壓限流熔斷器2中，由2最后開斷短路電流，切除故障。
[0023]本實(shí)用新型開斷短路電流的動作時(shí)序如圖2所示:
[0024]t=0:短路故障發(fā)生。
[0025]t=tl:電子控制器探測到故障并建立點(diǎn)火信號，此時(shí)間與預(yù)期短路電流的大小、電子控制器動作整定值及短路發(fā)生時(shí)的相位角均有關(guān)系，一般大于600μ8。
[0026]t=t2:快速隔離器斷口打開，電流轉(zhuǎn)移到限流熔斷器中，(t2_tl)約為200μ8。 [0027]t=t3:熔斷器開始起弧，(t3_t2)為熔斷器的弧前時(shí)間，一般為一個毫秒左右，圖中的Ic即為限流峰值。
[0028]t=t4:熔斷器內(nèi)電弧熄滅，故障電流被徹底開斷，(t4_t3)為熔斷器的燃弧時(shí)間，一般小于5ms。
[0029]從圖3可以看出本實(shí)用新型在短路故障發(fā)生后幾毫秒內(nèi)完成限流開斷，普通斷路器則由于繼電保護(hù)和操作機(jī)構(gòu)的固有特性需要經(jīng)過數(shù)個周波、在短路電流自然過零時(shí)才能開斷。
[0030]本實(shí)用新型可在預(yù)期短路電流尚未發(fā)展到峰值之前將其高速限流開斷，實(shí)際通過電力設(shè)備的短路電流的峰值Ic在第一個半波被限制到預(yù)期短路電流峰值的(15~50)%，短路電流的持續(xù)時(shí)間小于10 ms,大大降低了故障電流的總能量
(約為普通斷路器的1/200)，從而更有效地保護(hù)了電力主設(shè)備免受損壞。
[0031]本實(shí)用新型在母聯(lián)位置串聯(lián)限流熔斷技術(shù)以限制超標(biāo)的短路電流，作為一種實(shí)用的技術(shù)改造手段，在優(yōu)化負(fù)荷分配，提高供電質(zhì)量，增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性及靈活性的同時(shí)，避免大規(guī)模更換前期裝配的小容量開關(guān)設(shè)備，節(jié)約了大量改造費(fèi)用。此技術(shù)方案具有改造范圍小，停電周期短等優(yōu)點(diǎn)，符合我國海洋油田電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)改造的基本要求，且本實(shí)用新型基于爆破切割技術(shù)的限流熔斷技術(shù)在潿西南油田群擴(kuò)容并網(wǎng)項(xiàng)目中的的成功使用，為完善海上油田群聯(lián)網(wǎng)技術(shù)做出了有益的嘗試，為國內(nèi)海上平臺電網(wǎng)首次實(shí)用快速限流熔斷技術(shù)，本實(shí)用新型的WZIT采用先進(jìn)的快速熔斷技術(shù)，避免了由于母排容量和開關(guān)柜額定短路容量不足的問題。按照WZIT母排和開關(guān)柜施工改造至少需要潿洲作業(yè)區(qū)停產(chǎn)3天，按照目前產(chǎn)量計(jì)算，至少損失原油產(chǎn)量21600方(按當(dāng)前原油價(jià)格4118元/方計(jì))共損失8895萬元，天然氣產(chǎn)量914859方(按當(dāng)前天然氣價(jià)格1.48元/方計(jì))共損失135萬。同時(shí)，WZIT的6.3KV配電開關(guān)柜全部更換需要更換32面6.3KV開關(guān)柜(15萬元/面)，加上施工費(fèi)用總共節(jié)省改造費(fèi)用500萬元左右。單單WZIT采用短路限流器這一技術(shù)就節(jié)省費(fèi)用9530萬元，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。
【權(quán)利要求】
1.一種海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器，其特征在于:包括底座、快速隔離器、限流熔斷器、電器控制器、高壓隔離變壓器及低壓信號控制箱，所述底座上設(shè)有快速隔離器、支持絕緣子及高壓隔離變壓器，所述的快速隔離器一端與支持絕緣子連接，另一端與電子控制器及高壓隔離變壓器連接，高壓隔離變壓器與低壓信號控制箱連接，所述限流熔斷器與快速隔離器連接，所述低壓信號箱通過設(shè)置在高壓隔離變壓器上的低壓信號控制箱連接口與高壓隔離變壓器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器，其特征在于:所述快速隔離器通過高壓電流母線與支持絕緣子連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器，其特征在于:所述快速隔離器通過高壓電流母線與電子控制器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器，其特征在于:所述快速隔離器通過高壓電流母線與高壓隔離變壓器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器，其特征在于:所述快速隔離器內(nèi)設(shè)有電流變化率傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器，其特征在于:所述電流變化率傳感器通過信號電纜與電子控制器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海上平臺電網(wǎng)的快速限流熔斷器，其特征在于:所述電子控制器通過電源電纜與高壓隔離變壓器連接。
【文檔編號】H02H3/08GK203761019SQ201420116140
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】李衛(wèi)團(tuán), 柯呂雄, 唐廣榮, 熊永功, 勞新力, 寧有智, 劉平, 熊永衛(wèi), 吳鋒, 昝智海, 陳清林, 陳亮 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油(中國)有限公司湛江分公司, 陜西藍(lán)河電氣工程有限公司