CN100370668C

CN100370668C - 一种限流电路

Info

Publication number: CN100370668C
Application number: CNB021568278A
Authority: CN
Inventors: 赵彩宏; 肖立业; 林良真
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: CN1508931A

Abstract

一种限流电路，属于电工技术领域。它由等效交流电压源与限流电抗器串联后通过连接变压器串联接入电力系统或者由等效交流电压源直接通过高阻抗变压器串联接入电力系统。它安装于电力系统线路出口处与断路器相串联。系统正常运行时，对系统运行无影响。系统故障时，它可限制短路电流峰值及稳态值。本发明结构简单，可靠，适用于输配电网，不仅解决了电力系统故障电流过大问题，而且还大大降低了系统中各元器件耐流量的要求，若用于高压或超高压输电网还可以极大的提高系统的稳定性，安全性和可靠性。

Description

一种限流电路

技术领域：

本发明涉及一种用于输配电网的限流电路，属于电工技术领域。

背景技术：

由于电力系统的发展，负荷的增大，大容量机组和电厂及变电设备的投入，尤其是负荷中心大电厂的出现以及大电力系统的互联，使输配电网的容量大大增加，同时使得短路电流水平日益增高，甚至于有的短路电流水平已经超过了目前的断路器的开断容量。如果不采取新的限流措施加以控制，不但使新变电所的设备投资大大增加，而且对系统中原有变电所设备都将产生很大的影响，甚至需要花费大量的投资进行改造、改建和改换。

现有技术主要采取以下办法的限制电力系统输配电网中短路电流：

1、发展高一级电网，低压电网分片或将母线分列、分段运行，甚至将电网解列，以及采用直流联网，这些措施不仅投资很大，而且涉及到电网的稳定性等复杂问题，非不得已不采用。

2、采用高阻抗变压器或者串联电抗器。在输配电系统中采用，不但会增加网损，还会降低系统的稳定性。

3、更换断路器，对现有的变电所进行增容改造。代价太大，而且现有的断路器容量可能无法满足要求。

发明内容：

为克服已有技术的不足，本发明提供了一种用于输配电网的限流电路，它结构简单，可限制短路电流峰值以及稳态值。

本发明的目的是由如下的技术方案实现的：

方案一，本发明由等效交流电压源与限流电抗器串联后通过连接变压器串联接入电力系统，连接在系统线路出口处断路器的前面。

方案二，本发明由等效交流电压源通过高阻抗变压器直接串联接入电力系统，连接在系统线路出口处断路器的前面。

本发明在系统正常运行时，对系统无影响；系统故障后能立刻自动投入，可限制短路电流峰值及稳态值，不仅减小了故障电流对系统的冲击，并且确保原有的断路器能可靠地切断故障电流。

附图说明：

图1是本发明方案一在在单相系统中的原理图，AC为电力系统的单相输出，V_S等效交流电压源，L限流电抗器，T变压器，DL断路器，R_L线路电阻，X_L线路电抗，Z_Load负荷阻抗；

图2是本发明方案一在三相系统中的原理图，A、B与C为电力系统的三相输出，V_S等效交流电压源，L_A、L_B与L_C限流电抗器，T_A、T_B与T_C为变压器，DL断路器，R_L线路电阻，X_L线路电抗，Z_Load负荷阻抗；

图3是本发明方案二在单相系统中的原理图，AC为电力系统的单相输出，V_S等效交流电压源，T高阻抗变压器，DL断路器，R_L线路电阻，X_L线路电抗，Z_Load负荷阻抗；

图4是本发明方案二在三相系统中的原理图，A、B与C为电力系统的三相输出，V_S等效交流电压源，T_A、T_B与T_C为高阻抗变压器，DL断路器，R_L线路电阻，X_L线路电抗，Z_Load负荷阻抗；

图5是本发明方案一在单相系统中的应用实例，DL断路器，R_L线路电阻，X_L线路电抗，负荷阻抗Z_Load，V_S等效交流电压源，L限流电抗器，T变压器，G₁、G₂、G₃、G₄为绝缘门极双极型晶体管IGBT，C为直流电容。

图6是本发明方案一在三相系统中的应用实例，A、B与C电力系统的三相输出，DL断路器，R_L线路电阻，X_L线路电抗，Z_Load负荷阻抗，V_S等效交流电压源，L_A、L_B与L_C限流电抗器，T_A、T_B与T_C为变压器，G₁、G₂、G₃、G₄、G₅与G₆为绝缘门极双极型晶体管IGBT，C₁、C₂直流电容器。

图7是本发明方案二在单相系统中的应用实例，DL断路器，R_L线路电阻，X_L线路电抗，负荷阻抗Z_Load，V_S等效交流电压源，T高阻抗变压器，G₁、G₂、G₃、G₄为绝缘门极双极型晶体管IGBT，C为直流电容。

图8是本发明方案二在三相系统中的应用实例，A、B与C电力系统的三相输出，DL断路器，R_L线路电阻，X_L线路电抗，Z_Load负荷阻抗，V_S等效交流电压源，T_A、T_B与T_C为高阻抗变压器，G₁、G₂、G₃、G₄、G₅与G₆为绝缘门极双极型晶体管IGBT，C₁、C₂直流电容器。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

本发明方案一提供的限流电路如图1、图2中虚线框所示。在图1中，本发明连接于电力系统AC线路出口处，与断路器DL相串联，它由等效交流电压源V_S与限流电抗器L串联后通过变压器T串联接入系统；在图2三相系统中，本发明分别连接于三相A、B与C线路出口处与断路器DL相串联，三相分别由等效交流电压源V_S与限流电抗器L_A、L_B与L_C串联后通过连接变压器T_A、T_B与T_C分别串联接入电力系统。等效交流电压源V_S可以提供系统运行中的幅值、相位皆可调的电压，因此系统稳态时，等效交流电压源V_S提供的电压与图1单相系统中的限流电抗器L或图2三相系统中的限流电抗器L_A、L_B与L_C两端的电压大小相等，方向相反，相当于图1单相系统中连接变压器T或图2三相系统中的连接变压器T_A、T_B与T_C的副边电压为零，也即是副边短路，本电路工作在待机状态，对系统无影响。系统发生短路故障时，也即是故障电流超过最大负荷电流时，图1单相系统中的限流电抗器L或图2三相系统中的限流电抗器L_A、L_B与L_C两端的电压超过了等效交流电压源可以提供的最大电压，即最大负荷电流与限流电抗的乘积时，相当于图1单相系统中的限流电抗器L或者图2三相系统中的限流电抗器L_A、L_B与L_c立即自动投入进行故障限流。

本发明方案二提供的限流电路如图3、图4中虚线框所示。在图3中，本发明连接于电力系统AC线路出口处，与断路器DL相串联，它由等效交流电压源V_S通过高阻抗变压器T直接串联接入系统；在图4三相系统中，本发明分别连接于三相A、B与C线路出口处与断路器DL相串联，三相分别由等效交流电压源V_S分别通过高阻抗变压器T_A、T_B与T_C直接串联接入电力系统。等效交流电压源V_S可以提供系统运行中的幅值、相位皆可调的电压，因此系统稳态时，等效交流电压源V_S提供的电压与图3单相系统中的高阻抗变压器T或图4三相系统中的高阻抗变压器T_A、T_B与T_c的内电抗两端的电压大小相等，方向相反，也即是相当于图3单相系统中高阻抗变压器T或图4三相系统中的高阻抗变压器T_A、T_B与T_C原边，即系统侧的端电压为零，无压降，这时本电路对系统无影响。系统发生短路故障时，也即是故障电流超过最大负荷电流时，图3单相系统中的高阻抗变压器T或图4三相系统中的高阻抗变压器T_A、T_B与T_c的内电抗两端的电压超过了等效交流电压源可以提供的最大电压，即最大负荷电流与高阻抗变压器的内电抗的乘积时，相当于图3单相系统中的高阻抗变压器T或者图4三相系统中的高阻抗变压器T_A、T_B与T_C的内电抗立即自动投入进行故障限流。

图5中虚线框中所示为本发明方案一的第一个实施例。本发明安装于系统AC线路出口处与断路器DL相串联。等效交流电流源V_S为由桥式连接的绝缘门极双极型晶体管IGBT G₁、G₂、G₃与G₄组成的单相电压源变流器，其直流侧为直流电容C或者可控整流，其交流输出侧与限流电抗L串联后由连接变压器T串联接入电力系统。电压源变流器直流侧亦可以是可控整流，绝缘门极双极型晶体管IGBT亦可以是门极可关断晶闸管GTO、电力场效应晶体管MOSFET以及其它有源电力电子器件。

图6为本发明方案一的第二个实施例。如图6虚线框中所示，安装于电力系统中A、B与C三相线路出口处与断路器DL相串联。等效交流电压源V_S由桥式连接的绝缘门极双极型晶体管IGBT G₁、G₂、G₃、G₄、G₅与G₆组成的带中线的三相电压源变流器器构成，其直流侧为串联电容器C₁、C₂或两个串联可控整流，其交流输出侧的各相分别与电抗L_A、L_B与L_C串联后通过三个二次侧星型连接的单相连接变压器T_A、T_B与T_C串联接入电力系统，其中，三相电压源变流器的中线由电容器C₁、C₂的中点引出与连接变压器T_A、T_B与T_C二次侧星型连接的中性点相连。其中电压源变流器直流侧亦可以是两个可控整流串联，绝缘门极双极型晶体管IGBT亦可以是可控硅、门极可关断晶闸管GTO以及其它有源电力电子器件。

图7中虚线框中所示为本发明方案二的第一个实施例。本发明安装于系统AC线路出口处与断路器DL相串联。等效交流电流源V_S为由桥式连接的绝缘门极双极型晶体管IGBT G₁、G₂、G₃与G₄组成的单相电压源变流器，其直流侧为直流电容C或者可控整流，其交流输出侧通过高阻抗变压器T直接串联接入电力系统。电压源变流器直流侧亦可以是可控整流，绝缘门极双极型晶体管IGBT亦可以是门极可关断晶闸管GTO、电力场效应晶体管MOSFET以及其它有源电力电子器件。

图8为本发明方案二的第二个实施例。如图8虚线框中所示，安装于电力系统中A、B与C三相线路出口处与断路器DL相串联。等效交流电压源V_S由桥式连接的绝缘门极双极型晶体管IGBT G₁、G₂、G₃、G₄、G₅与G₆组成的带中线的三相电压源变流器器构成，其直流侧为串联电容器C₁、C₂或两个串联可控整流，其交流输出侧的各相分别通过三个二次侧星型连接的单相高阻抗变压器T_A、T_B与T_C串联接入电力系统，其中，三相电压源变流器的中线由电容器C₁、C₂的中点引出与高阻抗变压器T_A、T_B与T_C二次侧星型连接的中性点相连。其中电压源变流器直流侧亦可以是两个可控整流串联，绝缘门极双极型晶体管IGBT亦可以是可控硅、门极可关断晶闸管GTO以及其它有源电力电子器件。

本发明采用了由电压源变流器构成的等效交流电压源对系统进行补偿的方案，系统正常运行时，对系统运行无影响。系统故障时，它可限制短路电流峰值及稳态值，使原有的断路器即可把大的故障电流可靠断开。本发明效率高，结构简单，可靠，用于输配电网，不仅解决了系统故障电流过大问题，而且还大大降低了系统中各元器件耐流量的要求，降低了系统的设计要求，若用于高压或超高压输电网还可以极大的提高系统的稳定性，安全性和可靠性。

在一220V单相系统试验中，限流电抗L的电抗值或者高阻抗变压器T的内电抗值为系统阻抗的2倍，故障电流可以限制到原来故障电流的峰值约60％左右，稳态值约40％左右。

Claims

1.一种限流电路，其特征在于由等效交流电压源V_S与限流电抗器L串联后通过连接变压器T串联接入电力系统线路出口处断路器DL前面。

2.按权利要求1所述的限流电路，其特征在于等效交流电压源V_S为电压源变流器，其直流侧为直流电容C或可控整流。

3.按权利要求1所述的限流电路，其特征在于在三相电网中的等效交流电压源V_S为带中线的三相电压源变流器，其直流侧由串联电容器C₁、C₂或两个可控整流串联构成。

4.按权利要求1所述的限流电路，其特征在于在三相电网中的等效交流电压源V_S的交流输出侧的各相分别与电抗L_A、L_B与L_C串联后通过三个二次侧星型连接的单相连接变压器T_A、T_B与T_C串联接入电力系统；三相电压源变流器的中线由电容器C₁、C₂的中点引出与连接变压器T_A、T_B与T_C二次侧星型连接的中性点相连。

5.一种限流电路，其特征在于由等效交流电压源V_S与高阻抗变压器T串联接入电力系统线路出口处断路器DL前面。

6.按权利要求5所述的限流电路，其特征在于等效交流电压源V_S为电压源变流器，其直流侧为直流电容C或可控整流。

7.按权利要求5所述的限流电路，其特征在于在三相电网中的等效交流电压源V_S为带中线的三相电压源变流器，其直流侧由串联电容器C₁、C₂或两个可控整流串联构成。

8.按权利要求5所述的限流电路，其特征在于在三相电网中的等效交流电压源V_S的交流输出侧的各相分别通过三个二次侧星型连接的单相高阻抗变压器T_A、T_B与T_C串联接入电力系统；三相电压源变流器的中线由电容器C₁、C₂的中点引出与高阻抗变压器T_A、T_B与T_C二次侧星型连接的中性点相连。