專利名稱：一種應(yīng)用于配網(wǎng)的電能抽取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于配網(wǎng)的電能抽取裝置，具體為用于35kV及以下電壓等級的各類配網(wǎng)變電站中二次系統(tǒng)電源的抽取方法及裝置，屬電力系統(tǒng)中變電站的控制與保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)的二次設(shè)備，如電能計(jì)量裝置、繼電保護(hù)裝置、故障濾波裝置、通訊裝置、自動控制裝置等，都需要穩(wěn)定可靠的工作電源供電，已有技術(shù)主要包括電壓互感器供電及獨(dú)立的二次電源系統(tǒng)供電兩大類。對于配電網(wǎng)，當(dāng)變電站、箱式變電站、開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜等自身與電網(wǎng)斷開后，如果不配置由蓄能電池及逆變器構(gòu)成的電源(亦稱直流屏，電池組，電源柜等)，就無法與外接電網(wǎng)進(jìn)行開關(guān)的投合操作。因此出現(xiàn)了在變電站或開關(guān)柜的進(jìn)線處安裝電網(wǎng)電能抽取裝置，如電磁式電壓互感器抽能裝置，這種電壓互感器通常安裝在所謂的站內(nèi)，當(dāng)站內(nèi)設(shè)備與進(jìn)線斷開時(shí)則無法使用。若安裝在站外，又會出現(xiàn)耐受進(jìn)線過電壓風(fēng)險(xiǎn)；而且當(dāng)電磁式電壓互感器需同時(shí)滿足誤差特性和耐受電網(wǎng)過電壓要求時(shí)，其體積會增加、重量會加大、造價(jià)迅速上升。如果采用獨(dú)立的二次電源系統(tǒng)供電方案，也存在需單獨(dú)配置電源屏，占用間隔多，投資大等問題。中國實(shí)用新型專利《架空線路取能電源》(申請?zhí)?201020254057. I)及《電纜插接式取能電源》(申請?zhí)?201020205090. 5)公開的，是變壓器與取能電容連接裝置，電容之后連接的是變壓器原邊及保護(hù)模塊，變壓器二次側(cè)接AC/DC電源模塊，其不足之處是當(dāng)變壓器一次電壓發(fā)生變化時(shí)，其二次輸出會隨著變化，變壓器自身抗擊浪涌電壓能力差，二次輸出穩(wěn)定性較差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對背景技術(shù)提出的問題，公開一種應(yīng)用于配網(wǎng)的電能抽取方法及裝置，包括高壓電容器與低壓飽和電抗器串聯(lián)電路，可替代獨(dú)立的直流電源屏和電壓互感器向電網(wǎng)二次系統(tǒng)供給電源，所述裝置安裝在變電站、開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜等設(shè)備相連的進(jìn)線端，可以拓展電網(wǎng)的運(yùn)行方式，增強(qiáng)電網(wǎng)的操控功能，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，降低電網(wǎng)造價(jià)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種應(yīng)用于配網(wǎng)的電能抽取裝置，包括電容器、與所述電容器串聯(lián)的低壓飽和電抗器，還有并聯(lián)在低壓飽和電抗器兩端的放電間隙；其特征在于所述電容器是兩端工作電壓占接入電網(wǎng)電壓95%以上的高壓電容器，低壓飽和電抗器鐵芯是超微晶材料或坡莫合金材料；所述電能抽取裝置的額定容量< 1270VA。其有益效果是以工作在飽和狀況下電抗器的交流輸出為電源，為變電站中所有需要電源的設(shè)備供電，且當(dāng)一次電壓發(fā)生變化甚至出現(xiàn)浪涌電壓時(shí)，電抗器依然工作在飽和狀態(tài)，達(dá)到了穩(wěn)定輸出效果；當(dāng)高壓電容工作中出現(xiàn)過電壓時(shí)，放電間隙首先因過電壓而被擊穿，將大量的電流泄入大地，使過低壓飽和電抗器耐受的過電壓大幅度下降，起到保護(hù)低壓飽和電抗器的作用。本實(shí)用新型的工作過程是采用高壓電容器與工作在飽和狀況的低壓電抗器串聯(lián)、由始終在飽和狀態(tài)下工作的電抗器向變電站內(nèi)設(shè)備供電方法，一次電壓的95%以上作用于高壓電容器上；可以采用一個(gè)回路(單相抽能)方式抽取能量；對于中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)系統(tǒng)，采用單回路方式抽取能量，回路中的電容器高壓端與高壓線路聯(lián)接，電抗器一端與電容器低壓端串聯(lián)后輸出低壓電源，電抗器另一端接地，放電間隙并聯(lián)在電抗器兩端；對于中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)系統(tǒng)，采用雙回路抽取能量、雙回路輸出低壓電源方式(雙相抽能)，每一回路的電容器高壓端接電網(wǎng)的不同相，電抗器一端與電容器低壓端串聯(lián)后輸出低壓電源，電抗器另一端接地，放電間隙并聯(lián)在電抗器兩端。對我國的大多數(shù)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)系統(tǒng)，采用雙回路方式抽取能量時(shí)，若出現(xiàn)電網(wǎng)單相接地故障，至少有一個(gè)回路正常抽取能量并輸出電能。電抗器工作在飽和區(qū)間內(nèi)，工作中處于飽和狀態(tài)，所述放電間隙的動作電壓按二次系統(tǒng)額定工作電壓的二倍選取。本實(shí)用新型的工作原理是(參照附圖I):根據(jù)電感的電壓比電流超前90°，電容的電流比電壓超前90 °，當(dāng)一次電壓U作用于這種電能抽取裝置上時(shí)，高壓電容器C與低壓飽和電抗器L上的電壓相差180 °，低壓飽和電抗器L工作時(shí)處于飽和狀態(tài)且其兩端電壓Ul較低，一次電壓U1主要作用于高壓電容器C上，即電容C上的電壓U。>>隊(duì)，所以U。^ Up這種用于配網(wǎng)的電能抽取裝置，利用低壓飽和電抗器L的磁化飽和特性，在一次電壓在一定范圍波動的條件下，低壓飽和電抗器L兩端輸出電壓U2始終處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性能與高壓電容器C的參數(shù)和低壓飽和電抗器L的磁化曲線特性有關(guān)。高壓電容器C電容量越大，低壓飽和電抗器L的磁化曲線坡度越緩，二次輸出的電壓U2穩(wěn)定性越高。
附圖I為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中電能抽取裝置原理電路圖；附圖2為中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中電能抽取裝置原理電路圖；附圖3為單回路的電能抽取裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
附圖中的標(biāo)記，附圖I中C 一高壓電容器；L 一低壓飽和電抗器；g—放電間隙；U1一一次電壓U1 ；U2一二次輸出電壓；附圖2中=C1X2—A相、B相高壓電容器；Ι^、 2—A相、B相低壓飽和電抗器—A相、B相放電間隙；UA、UB—A相、B相一次電壓；U21、U22—A相、B相二次輸出電壓；附圖3中1 一高壓端子；2 —電壓輸出端子；3—接地中性點(diǎn)；4 一高壓電容；5—外殼；6—放電間隙；7—低壓飽和電抗器；8—尼龍墊塊。
以下結(jié)合附圖對發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明如附圖I所示，本實(shí)用新型應(yīng)用于配網(wǎng)的電能抽取方法及裝置，包括高壓電容器C、與電容器C串聯(lián)的低壓飽和電抗器L以及并聯(lián)在低壓飽和電抗器L兩端的放電間隙g;低壓飽和電抗器L的鐵芯是超微晶材料、或坡莫合金材料；電容器C容量以及電抗器L的匝數(shù)依據(jù)電網(wǎng)電壓等級、二次系統(tǒng)對電源容量要求以及電網(wǎng)的接線方式確定，放電間隙g的動作電壓按二次系統(tǒng)額定工作電壓的二倍選取。工作中，一次電壓95%以上作用于高壓電容器上，與電容器串聯(lián)的低壓飽和電抗器始終在飽和狀態(tài)下工作，這樣即使一次線路上有浪涌過電壓的出現(xiàn)，也會在低壓飽和電抗器上被吸收，保證了低壓飽和電抗器兩端輸出電壓的平穩(wěn)，并聯(lián)在低壓飽和電抗器兩端的放電間隙是當(dāng)高壓電容器上出現(xiàn)過電壓的情況下，用于保護(hù)低壓飽和電抗器。
實(shí)施例一如附圖I所示為對于IOKV電網(wǎng)系統(tǒng)的中性點(diǎn)直接接地的電能抽取裝置，設(shè)定二次系統(tǒng)的額定工作電壓為200V±20V，額定輸出容量SnS 1270VA，計(jì)算及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下電能抽取裝置的輸出需要達(dá)到1270VA，按200V計(jì)算的輸出電流為6. 35A, IOkV電
網(wǎng)的有效電壓值為U〕萬過·，將數(shù)值代入根據(jù)公式j(luò) =|3CX-.計(jì)算得到高壓電容器的電容
量應(yīng)大于3. 51uF，給出一定的飽和裕度C值取3. 53 μ F。若選擇硅鋼片作為低壓飽和電抗器L鐵心材料，額定工作磁密定為I. 7特斯拉，L的鐵心截面積設(shè)計(jì)為6cm2，導(dǎo)線直徑取I. 8mm,
導(dǎo)線電流密度2· 5A，L上的電壓為200V，k取O. 9，根據(jù)公式￡ = 4Λ4fvBSkxlO".計(jì)算，得到
N約為982匝。當(dāng)輸出電壓按照240V計(jì)算時(shí)，得到的高壓電容器的電容量應(yīng)大于3. 51uF，此時(shí)低壓飽和電抗器L的匝數(shù)計(jì)算約為1179匝。綜合輸出電壓的范圍可知，在這種條件下，高壓電容器的電容量取3. 53 μ F，低壓飽和電抗器L的匝數(shù)取1180匝。放點(diǎn)間隙g的動作電壓，以二次輸出對應(yīng)的二次系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平為依據(jù)，可以按2倍的二次系統(tǒng)額定工作電壓取，例如本例中二次系統(tǒng)額定電壓為220V，那么放點(diǎn)間隙g的動作電壓可以取440V。此外，如果加大鐵心截面積，將導(dǎo)線直徑增加，可以提高二次輸出電壓的穩(wěn)定性。
實(shí)施例二 如附圖2所示，對于IOKV電網(wǎng)系統(tǒng)的中性點(diǎn)非直接接地的電能抽取裝置，采用二個(gè)獨(dú)立的雙回路抽能裝置，設(shè)定二次系統(tǒng)的額定工作電壓為220V±20V，額定輸出容量SnS1270VA時(shí)，每個(gè)抽能裝置的參數(shù)按照實(shí)例一的計(jì)算公式選取。工作中，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)成為中性點(diǎn)直接接地的情況，此時(shí)圖2的狀態(tài)變成圖I的狀態(tài)。電網(wǎng)未發(fā)生單相接地故障時(shí)，抽能原理呈現(xiàn)圖2的狀態(tài)，這種狀態(tài)下當(dāng)A或B發(fā)生單相接地后，類似出現(xiàn)了電網(wǎng)單相接地故障，圖2又變成類似于圖I的工作狀態(tài)。附圖2中，U21和U22是獨(dú)立工作的，可以同時(shí)取能，也可以只用一個(gè)，另一個(gè)作為備用。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于配網(wǎng)的電能抽取裝置，包括電容器、與所述電容器串聯(lián)的低壓飽和電抗器，還有并聯(lián)在低壓飽和電抗器兩端的放電間隙；其特征在于所述電容器是兩端工作電壓占接入電網(wǎng)電壓95%以上的高壓電容器，低壓飽和電抗器鐵芯是超微晶材料或坡莫合金材料；所述電能抽取裝置的額定容量< 1270VA。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于配網(wǎng)的電能抽取裝置，包括電容器、與所述電容器串聯(lián)的低壓飽和電抗器，還有并聯(lián)在低壓飽和電抗器兩端的放電間隙；其特征在于所述電容器是兩端工作電壓占接入電網(wǎng)電壓95%以上的高壓電容器，低壓飽和電抗器鐵芯是超微晶材料或坡莫合金材料；所述電能抽取裝置的額定容量≤1270VA。
文檔編號H02H9/06GK202772666SQ20122015015
公開日2013年3月6日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者王歡, 王曉琪, 汪本進(jìn), 余春雨, 項(xiàng)瓊 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司