CN100424957C - 偏磁桥路型短路电流限制器 - Google Patents

Abstract

一种偏磁桥路型短路电流限制器，属于电气技术领域。本发明包括：饱和电抗桥路和限流电抗器。饱和电抗桥路由交流绕组、偏磁绕组和三柱铁芯组成。交流绕组为两个串联的筒形包，分别套在三柱铁芯的两个边柱上，偏磁绕组为一个长方筒形包，套在三柱铁芯的中柱上。限流电抗器通过偏磁电源与套在三柱铁芯中柱上的偏磁绕组构成偏磁电流回路。本发明在正常运行时稳定且电压损失小于1%额定电压，不产生附加谐波，并能在小于1/2个周波的时间内将短路电流限制在小于4倍常态电流的范围之内。

Description

偏磁桥路型短路电流限制器

技术领域

本发明涉及的是一种电气技术领域的器件，特别是一种偏磁桥路型短路电流限制器。

背景技术

随着电力系统的不断发展和规模的壮大，系统短路容量迅速增加，已达到目前常规断路器遮断容量无法满足要求的程度。而在系统中采用有效的限流技术，一方面能将短路电流限制到较低的水平，满足遮断容量的要求，另一方面可以极大地减少电气设备的动稳定和热稳定电流设计值，具有极大的经济价值和社会意义。目前研究较多的有超导型短路限流器，超导技术在高电压大功率场合的应用技术不成熟，成本昂贵，在目前尚无大量实用化的可能。谐振式限流器需要快速触发电子开关，可靠性和抗干扰性差，在大负载电流系统中，所需的补偿电容数量极大，无法投入实际应用。固态限流器成本高昂且要求保护电路具有极快的响应速度，可靠性难于满足要求。饱和电抗式短路限流器在大的短路电流发生时，直流绕组线圈中将产生很大的偶次谐波电流且是电流源性质，偏置电源工作条件严酷，高压大容量等级下根本不能实现。

经对现有技术的文献检索发现，BOENING H J等人在Proceeding of PESSummer Meeting(电力电子系统2002夏季会议论文集).2002.455-460上撰文“The bridge-type fault current controller-A new FACTS controller”(“桥式故障限流器-新型柔性交流输电系统限流器”)，该文介绍了一种全控桥路型超导故障限流器。它由晶闸管桥路、超导线圈组成。当控制晶闸管在不同触发角触发时，限流器在控制短路电流时所表现的等值电感不同。当触发角为0时，故障时的限流电感即HTS的电感；当触发角为π/2时，限流器电流的等值电感为无穷大，此时相当于断路器。全控桥路型超导故障限流器通过对晶闸管触发角的控制，可以灵活控制故障时串入线路的阻抗的大小，在正常运行时又能起到调节潮流的作用。这种限流器存在两个问题，一是在短路情况下晶闸管要通过短路电流，从根本上限制了大功率的应用，很难上升到500kV等级电网的应用。二是全控桥路型超导故障限流器的使用会引入大量谐波，并且需要故障检测装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种偏磁桥路型短路电流限制器，使得正常运行时稳定且电压损失小于1％额定电压，不产生附加谐波；当电网发生故障时，立刻转换为大阻抗，将短路电流限制在小于4倍常态电流的范围之内；故障消除后立即返回原来状态，以满足线路重合闸的要求，短路期间能够承受多次故障的冲击，动态响应时间小于1/2个周波。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明偏磁桥路型短路电流限制器包括：饱和电抗桥路和限流电抗器。饱和电抗器桥路由三柱铁芯、交流绕组和偏磁绕组组成。交流绕组为两个串联的筒型包，分别套在三柱铁芯的两个边柱上，每个绕组有三个分接头。偏磁绕组为一个长方筒型包，套装在三柱铁芯的中柱上。限流电抗器通过偏磁电源与套在三柱铁芯中柱上的偏磁绕组构成偏磁电流回路。

偏磁绕组、交流绕组与三柱铁芯之间为绝缘层和散热孔，中柱和两个边柱之间的连接部分为上轭铁和下轭铁，偏磁绕组、交流绕组与上轭铁、下轭铁之间为绝缘垫块。

三柱铁芯两个边柱的截面积相等，中柱截面积大于边柱截面积的二倍，即大于两个边柱截面积之和。三柱铁芯两边柱、上轭铁、下轭铁及中柱构成交流磁场回路和偏磁磁场回路。

交流绕组由两个绕组组成，它们分别套装在三柱铁芯的两个边柱上，两个绕组串联。偏磁绕组套装在三柱铁芯的中柱上。正常运行状态，偏磁直流电源产生的直流偏磁电流在偏磁绕组产生一个直流磁动势，使三柱铁芯处于深度饱和状态，交流绕组串联在输电线路中。当额定交流电流通过交流绕组时，由于铁芯处于深度饱和，此时铁芯对交流电流而言相当于变为气隙，交流绕组在电网中处于低感抗状态，因此交流绕组上压降很低，小于1％线路额定电压。当电力系统中出现短路故障时，瞬间增大的电流使交流绕组产生的磁动势增加至足以抵消直流偏磁绕组所产生的偏磁磁动势，限流器某一边的铁芯由饱和态进入非饱和态，假如线路电压正半周期间桥路铁芯的左边柱、上轭铁、下轭铁及中柱失去饱和，则在这半周期内左边交流绕组和中柱偏磁绕组间相当于单相变压器工作状态，右边柱进入更深度饱和而不参与相互作用，这样在偏磁绕组中的限流电抗器被自动接入电路起到限流作用。同理在线路电压负半周期期间，右边柱、上轭铁、下轭铁及中柱失去饱和，接入限流电抗器，自动限制了电网中短路电流的增加。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明的偏磁直流电源处于电网二次侧，能够与一次侧进行电气隔离。当饱和电抗桥路处于故障限流状态时，退出饱和边柱上的交流线圈和中柱偏磁绕组间相当于是变压器工作状态，将偏磁回路中的限流电抗器接入电路起到限流作用，而不完全依赖铁磁材料的特性来限流，因此对铁磁材料的特性没有特别的要求。故障后通过对偏磁直流电源的控制，使得偏磁直流电源处于逆变灭磁状态，使边柱和中柱铁芯快速退出饱和，进入变压器状态，起到快速限制短路电流的作用，限流响应时间小于1/2个周波。

附图说明

图1饱和电抗桥路结构示意图

图2偏磁桥路型短路电流限制器各绕组接线图

具体实施方式

如图1、2所示，本发明包括：饱和电抗桥路1和限流电抗器2。饱和电抗桥路1由交流绕组8、偏磁绕组9和三柱铁芯3组成，交流绕组8为两个串联的筒形包，分别套在三柱铁芯的两个边柱4上，偏磁绕组9为一个长方筒形包，套在三柱铁芯3的中柱5上。限流电抗器2通过偏磁电源与套在三柱铁芯3中柱5上的偏磁绕组9构成偏磁电流回路。

交流绕组8、偏磁绕组9与三柱铁芯3之间为绝缘层6和散热孔7，中柱5和两个边柱4之间的连接部分为上轭铁10和下轭铁11，交流绕组8、偏磁绕组9与上轭铁10、下轭铁11之间为绝缘垫块。

三柱铁芯两个边柱4和上轭铁10、下轭铁11及中柱5构成交流磁场回路和偏磁磁场回路。

交流绕组8通过端子F1、F2串联在输电线路中。偏磁绕组9端子O、N接偏磁电源。

正常运行状态，偏磁直流电源产生的直流偏磁电流在偏磁绕组9产生一个直流磁动势，使三柱铁芯3处于深度饱和状态，交流绕组8串联在输电线路中。当额定交流电流通过交流绕组8时，由于铁芯处于深度饱和，此时铁芯对交流电流而言相当于变为气隙，交流绕组8在电网中处于低感抗状态，因此交流绕组8上压降很低，小于1％线路额定电压。当电力系统中出现短路故障时，瞬间增大的电流使交流绕组8产生的磁动势增加至足以抵消直流偏磁绕组9所产生的偏磁磁动势，限流器某一边的铁芯由饱和态进入非饱和态，假如线路电压正半周期间桥路铁芯的左边柱4、上轭铁10、下轭铁11及中柱5失去饱和，则在这半周期内左边交流绕组8和中柱偏磁绕组9间相当于单相变压器工作状态，右边柱4进入更深度饱和而不参与相互作用，这样在偏磁绕组9中的限流电抗器2被自动接入电路起到限流作用。同理在线路电压负半周期期间，右边柱4、上轭铁10、下轭铁11及中柱5失去饱和，接入限流电抗器2，自动限制了电网中短路电流的增加。

Claims (4)

1. 一种偏磁桥路型短路电流限制器，包括：饱和电抗桥路(1)和限流电抗器(2)，其特征在于，饱和电抗桥路(1)由交流绕组(8)、偏磁绕组(9)和三柱铁芯(3)组成，交流绕组(8)为两个串联的筒形包，分别套在三柱铁芯的两个边柱(4)上，偏磁绕组(9)为一个长方筒形包，套在三柱铁芯(3)的中柱(5)上，限流电抗器(2)通过偏磁电源与偏磁绕组(9)构成偏磁电流回路。

2. 根据权利要求1所述的偏磁桥路型短路电流限制器，其特征是，所述的饱和电抗桥路(1)中，交流绕组(8)与三柱铁芯(3)的两个边柱(4)之间、偏磁绕组(9)与三柱铁芯(3)的中柱(5)之间为绝缘层(6)和散热孔(7)，中柱(5)和两个边柱(4)之间的连接部分为上轭铁(10)和下轭铁(11)，交流绕组(8)与上轭铁(10)、下轭铁(11)之间、偏磁绕组(9)与上轭铁(10)、下轭铁(11)之间均为绝缘垫块。

3. 根据权利要求1或者2所述的偏磁桥路型短路电流限制器，其特征是，所述的三柱铁芯(3)的两边柱(4)和上轭铁(10)、下轭铁(11)及中柱(5)构成交流磁场回路，三柱铁芯(3)的两边柱(4)和上轭铁(10)、下轭铁(11)及中柱(5)构成偏磁磁场回路。

4. 根据权利要求1或者2所述的偏磁桥路型短路电流限制器，其特征是，所述的三柱铁芯(3)，其两个边柱(4)的截面积相等，中柱(5)截面积大于两个边柱(4)截面积之和。

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