CN101013625A - 一种电力限流电抗器 - Google Patents

Abstract

一种电力限流电抗器，其特征在于主边绕组通过连接输变电线路接线端子A，a与输变电线路连接，n个副边绕组1，2，…n－1，n绕在铁芯上，主边绕组绕在副边绕组外面，n个副边绕组1，2，…n－1，n分别与对应的快速电力开关S1，S2，…Sn直接连接。快速电力开关S1，S2，…Sn可采用晶闸管开关或空气快速开关；单相线路可设一个主边绕组，副边绕组根据不同电压和短路电流等级，可以为多个；对于低压线路，主边绕组和副边绕组可以包围相等的铁芯面积；对于高压线路，主边绕组包围所有副边绕组铁芯，而副边绕组只包围自身铁芯。本发明可限制系统中的短路电流，提高电力系统的安全可靠性，正常运行状态下无功消耗少、免维护、损耗低、效率高，且成本低廉，施工方便，能自动恢复。

Description

一种电力限流电抗器

技术领域

本发明涉及一种电力限流电抗器。

背景技术

随着电力系统中电网容量的逐日增大，系统的短路电流大大增强，短路故障已经成为损坏电力系统中的设备、危害电力系统安全运行的最突出的问题之一。目前，用来限制系统短路电流的普遍手段是通过增大系统中的电抗，也即采用高阻抗变压器、系统中串联电抗器等技术手段来达到限流的目的。近来，也有许多国家研究开发超导限流器来限制短路电流的新技术。

如果使用高阻抗变压器和电抗器，势必大大地增加电力系统的投入成本，而且增大了系统的无功损耗，使输变电线路末端电压降低、损耗大，将降低电能输送的效率，且不可调节；因此必须在系统中再额外的投入无功补偿装置，这将进一步增大电力系统建设的费用。

目前，国际上正在积极研发的(高温)超导限流器，虽然可以取得较好的短路限制电流效果，但是目前其造价非常昂贵(如超导材料，低温系统等)，而且必须专门人员维护，增加运行成本；并且还有许多的核心技术如安全性能，效率等仍需要不断克服解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对电力系统中现存限流装置的缺点，提供一种能够在短路故障发生时有效限制短路电流，且在系统正常工作状态下电抗很小的限流装置，具有成本低廉，损耗小，施工方便，免维护，安全可靠，自动恢复功能，效率高，加工周期短等诸多优点。

本发明为一种新型的变压器型限流电抗器，该电抗器主要由以下几部分组成：动作时间小于1毫秒的电力快速开关(如晶闸管)、铁芯、绕组、外壳(油箱)、引线、高压终端及套管、绝缘子等。本发明最显著的特点在于铁芯结构的不同，主边绕组包围的铁芯与副边绕组包围的铁芯面积可以相同，也可以不同。在副边，既降低了电压，同时也将电流降低，使之适用于现有的快速开关。该限流变压器型电抗器绕组使用的导线为常规铜导线，即常规的电磁线、电缆、换位导线。

本发明限流器的主边接输电线路，副边绕组接电力快速开关后短路。正常工作时，主边绕组通额定电流，绕边组副边短路，电感值较小，因而电抗小，对系统的影响很小；当系统发生短路故障时，主边绕组导线中的电流迅速增大许多倍(几倍、十几倍甚至几十倍)，接副边绕组的电力快速开关迅速断开，相当于副边开路，电抗极剧增大，从而达到限制短路电流的目的。

本发明对于单相线路，设一个主边绕组，副边绕组根据不同电压和短路电流等级，可以为多个；每个副边绕组与电力快速开关连接。故障时，通过快速开关装置(晶闸管或快速开关)迅速开断副边电流，增大线路电抗来实现短路电流限制功能。

主边绕组位于副边绕组外侧，对于低压线路两者可以包围相等面积的铁芯截面；对于高压线路，两者包围的铁芯面积可以不同：主边绕组包围所有副边绕组铁芯，而副边绕组只包围自身铁芯。其核心是将一个高压大电流变换为多个低压、小电流，从而使之适用于现有的晶闸管或快速开关。

本发明能够很好地解决电力系统中短路电流的问题，而且其设计简单，成本低廉，工艺成熟，加工制作周期短，有着非常广泛的市场空间。

附图说明

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明原理示意图，A，a连接输变电线路接线端子，1，2，...n-1，n为n个副边绕组，S1，S2，...Sn表示与副边绕组连接的n个快速电力开关，G₁，g₁，G₂，g₂...G_n-1，g_n，G_n，g_n为各自副边绕组与快速电力开关连接点；

图2a、2b为电力快速开关实施例示意图，G，g为图2a开关接头端子，K₁和K₂为2个并联反接晶闸管；H，h为图2b开关接头端子，S1为1个快速电力开关；

图3为本发明低压电抗器具体实施方式示意图；

图4为本发明高压电抗器具体实施方式之一示意图，图中：1铁芯，2主边绕组，3副边绕组，4壳体，5变压器油；

图5为本发明高压电抗器具体实施方式之二示意图，图中：1铁芯，2主边绕组，3副边绕组，4壳体，5变压器油。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括电力快速开关、铁芯、绕组、外壳(油箱)、引线、高压终端、套管、绝缘子。由于主边绕组与输变电线路相连，输变电线路一般为高压，所以主边绕组通过连接输变电线路接线端子A，a与输变电线路连接，接线端子A，a包括套管、绝缘端子、引线。n个副边绕组1，2，...n-1，n绕在铁芯上，主边绕组绕在副边绕组外面。每个副边绕组有2个抽头，如G₁，g₁，可以拉出绕组外面，分别与对应的快速电力开关，如S1连接，n个副边绕组1，2，...n-1，n分别与对应的快速电力开关S1，S2...Sn直接连接。n个副边绕组与对应的快速电力开关S1，S2，...Sn连接点为端子G₁，g₁，G₂，g₂...G_n-1，g_n，G_n，g_n。

电力快速开关可采用晶闸管开关或空气快速开关。如采用商品化晶闸管开关，如图2a所示，每个副边两只晶闸管K₁和K₂反向并联后与副边绕组短接。在电流正负半周内总有一支管子导通。端子G、g为副边接头端；如采用空气快速开关，如图2b所示，每一副边需要一只空气快速开关，空气快速开关端子H，h直接与副边绕组连接。

图3所示为本发明一种低压(小于10kV)单相限流电抗器实施实例，该实施实例主要由以下几部分组成：铁芯1、一个主边绕组2、多个副边绕组3，还包括引线、套管、终端等。铁芯为圆形闭合铁芯，铁芯材料可采用硅钢片、非晶合金材料。主副边绕组绕制在铁芯柱上，绕组可以有外壳也可以不加外壳。在正常额定工作状态下，副边与开关短接，表现为很小的电抗值；当系统发生短路故障时，绕组中的电流迅速增大到额定运行时的几倍、十几倍甚至几十倍，副边电力快速开关迅速关断，绕组的电抗激增进而达到限流的作用。此实施例也可以做成三相，实施方案相同。

图4为本发明的一种高压(大于10kV如110kV、220kV、500kV、750kV)单相限流电抗器实施例的示意图。该实施例主要由以下几部分组成：铁芯1、一个主边绕组2、多个副边绕组3、外壳4、变压器油5，引线、套管、终端等。铁芯为与常规变压器类似的矩形闭合铁芯，铁芯材料可为硅钢片、非晶合金材料，主副边绕组绕制在铁芯柱上，副边绕组在主边绕组内，两者包围的铁芯截面面积不同。在正常额定工作状态下，副边绕组与开关短接，表现为很小的电抗值；当系统发生短路故障时，副边绕组中的电流迅速增大到额定运行时的几倍、十几倍甚至几十倍，副边电力快速开关迅速关断，绕组的电抗激增进而达到限流的作用。此实施例也可以做成三相，实施方案相同。

图5为本发明的另一种高压(大于10kV如110kV、220kV、500kV、750kV)单相限流电抗器实施例的示意图。该实施例主要由以下几部分组成：四柱铁芯1、一个主边绕组2、多个副边绕组3，外壳4，变压器油5，引线、套管、终端等。铁芯采用与常规变压器类似的矩形闭合铁芯，铁芯材料可为硅钢片、非晶合金材料，主副边绕组绕制在铁芯柱上，副边绕组在主边绕组内，两者包围的铁芯截面面积不同。与图4所示的实施例不同的是，铁芯柱中间部分没有凹槽。在正常额定工作状态下，副边绕组与开关短接，表现为很小的电抗值；当系统发生短路故障时，副边绕组中的电流迅速增大到额定运行时的几倍、十几倍甚至几十倍，副边电力快速开关迅速关断，绕组的电抗激增，进而达到限流的作用。此实施例也可以做成三相，实施方案相同。

本发明利用快速开关在输变电线路发生短路时开断变压器型电抗器副边电流的方法来实现短路电流限制功能。与现有电力系统限流技术比较，本发明具有正常运行状态下无功小，损耗低的优点，且其成本低廉，制作方便，运行可靠性高，免维护，并且大大降低了系统中各元器件耐受容量的要求，因此有很大的市场应用前景。

Claims (4)

1、一种电力限流电抗器，其特征在于主边绕组通过连接输变电线路接线端子A，a与输变电线路连接，n个副边绕组1，2，...n-1，n绕在铁芯上，主边绕组绕在副边绕组外面，n个副边绕组1，2，...n-1，n分别与对应的快速电力开关S1，S2，...Sn连接。

2、按照权利要求1所述的电力限流电抗器，其特征在于电力快速开关S1，S2，...Sn可采用晶闸管开关或空气快速开关；采用晶闸管开关时，每个副边需要两只晶闸管K₁和K₂反向并联并与副边绕组短接；采用空气快速开关时，每个副边只需要一只空气快速开关，空气快速开关端子H，h直接与副边绕组连接。

3、按照权利要求1所述的电力限流电抗器，其特征在于对于单相线路，设一个主边绕组，副边绕组根据不同电压和短路电流等级，可以为多个；每个副边绕组与电力快速开关短接；故障时，通过快速电力开关迅速开断副边电流来实现短路电流限制功能。

4、按照权利要求1至3的任何一项所述的电力限流电抗器，其特征在于主边绕组位于副边绕组外测，对于低压线路，主边绕组和副边绕组可以包围相等面积的铁芯；对于高压线路，主边绕组包围所有副边绕组铁芯，而副边绕组只包围自身铁芯。

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