CN102324736A

CN102324736A - 一种磁控型故障限流器

Info

Publication number: CN102324736A
Application number: CN201110251877A
Authority: CN
Inventors: 王洪蛟; 巩志强
Original assignee: DANDONG XINTAI ELECTRIC Co Ltd
Current assignee: DANDONG XINTAI ELECTRIC Co Ltd
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2012-01-18

Abstract

一种磁控型故障限流器，它是利用磁控电抗器电抗可调的特点，使其跟随系统电流的变化，适时调整电抗值。当系统发生短路故障时，能瞬时呈现高阻抗，限制短路电流的增长，将短路电流限制在电网可接受的程度。其由三相磁控电抗器、空心电抗器、直流励磁单元和自动控制单元构成，三相磁控电抗器的输入端和输出端与电网相串联，三相磁控电抗器的引出端子与空心电抗器相串联，空心电抗器与直流励磁单元相串联，直流励磁单元与自动控制单元并联连接。本发明具有装置容量大、结构简单、可靠性高、成本低等优点，可以满足系统限流的技术要求，且易于高压大容量化，有望在电力系统得到广泛应用。

Description

一种磁控型故障限流器

技术领域

本发明涉及一种输配电网短路故障限流器，具体说涉及一种应用于输配电系统限制短路电流的磁控型故障限流器。

背景技术

随着我国电力系统的不断发展，输配电网规模和容量的日益扩大以及电网互联程度越来越高，电网的故障短路电流水平也不断上升。为了减少短路电流对电力系统造成的危害，必须采取相应措施限制电力系统的短路电流。一般可从调整电网结构、改变系统运行方式和加装限流设备等方面来考虑限制短路电流。我国电力系统短路故障限流设备一般分为两大类：一是电力电子型故障限流器，它是采用电力电子器件作为功率器件，具有动作速度快、控制精度高、允许频繁操作等优点。但是由于受电力电子器件脆弱性的影响，使得限流器的可靠性不高。二是新型材料故障限流器，主要是指超导型故障电流限流器。该故障限流器，利用超导材料在超导态和正常态之间的转变特性，在线路中产生一个适当的阻抗来限制故障电流。在线路正常运行时，限流器表现为零阻抗或极小阻抗，几乎无损耗地通过额定电流；当线路发生短路故障时，超导体在几毫秒内迅速反应而呈现非线性高电阻特性，从而限制短路电流。超导限流器的不足是价格昂贵，难以大范围应用。

发明内容

根据现有故障限流器存在的问题，本发明提供一种结构简单，响应速度快，可靠性高，性能优良，可以满足系统限流的技术要求且易于高压大容量化的磁控型故障限流器。

解决上述问题所采取的技术措施是：

一种磁控型故障限流器，其特征在于：由三相磁控电抗器9、空心电抗器6、直流励磁单元7和自动控制单元8构成，其中：三相磁控电抗器9由两个完全相同的前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ构成双铁心三相五柱铁心，三相五柱铁心中间的三个柱为主柱1，主柱1具有大小不等的截面5，三相五柱铁心两侧的两个边柱为旁轭2，前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ分别由设置在各自的三个主柱1上下轭处的三个铁心横轭3连接，由电磁线绕制的绕组4分别套装在前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ各自的三个主柱1上，每个主柱1上的绕组4由结构完全相同的上下两段组成，前铁心Ⅰ每相上段绕组的下端和后铁心Ⅱ对应相的下段绕组的上端交叉连接后以及后铁心Ⅱ每相上段绕组的下端和前铁心Ⅰ对应相的下段绕组的上端交叉连接后由端子AK、AD，BK、BD和CK、CD引出，套装在前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ上相同相的两个绕组4的上端和下端分别并联在一起组成了三相磁控电抗器9的三相输入端A、B、C和输出端Xa、Xb、Xc，其与电网相串联，套装在前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ上绕组的引出端子AK、AD，BK、BD和CK、CD交叉连接后与空心电抗器6相串联，空心电抗器6与直流励磁单元7相串联，直流励磁单元7与自动控制单元8并联连接。

本发明的有益效果是：

1、当电网正常运行时，本发明呈低阻抗，不影响电网的输电能力。

2、当电网发生短路故障时，本发明瞬时呈高阻抗，大幅度限制短路电流，整个限流过程可在20个毫秒内完成。

3、本发明的直流励磁单元采用光纤连接，有效地实现了电隔离，提高了限流器的安全性。

4、本发明中，空心电抗器串联在直流励磁回路中，可以增加回路阻抗，避免发生短路故障时交流电流对直流励磁单元的冲击，有利于提高本发明的响应速度，又可对励磁回路进行保护。

5、由于本发明结构简单，响应速度快，可靠性好，具有很强的耐冲击性能，可以快速限制短路电流，是提高电压稳定性，改善供电质量，提高输电安全性与稳定性的新型限流设备，适合于输、配电系统的电流限制、阻尼振荡等，可以满足系统限流的技术要求，且易于高压大容量化，有望在电力系统得到广泛应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中铁心的立体结构示意图；

图3是本发明中三相磁控电抗器的结构示意图；

图4是本发明中绕组的连接示意图；

图5是本发明中自动控制单元的电路方框图；

图6是本发明中自动控制单元的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做具体描述。

一种磁控型故障限流器，是基于磁饱和原理工作的，它是利用磁控电抗器电抗可调的特点，使其跟随系统电流的变化，适时调整电抗值，其核心部件是磁控电抗器，其饱和深度可根据电网运行参数的要求自调节。在电网正常运行时，磁控电抗器处于深度饱和状态，阻抗极小，有利于提高电网的输电效率；而当电网发生短路故障时，磁控电抗器能在极短的时间内退出饱和，转呈高阻抗，限制短路电流的增加，将短路电流限制在可以接受的程度。如图1、图2和图3所示，本发明是由三相磁控电抗器9、空心电抗器6、直流励磁单元7和自动控制单元8构成的，其中：三相磁控电抗器9由两个完全相同的前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ构成双铁心三相五柱铁心，三相五柱铁心中间的三个柱为主柱1，为满足三相磁控电抗器9工作特性的需要，主柱1具有大小不等的截面5；三相五柱铁心两侧的两个边柱为旁轭2，前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ分别由设置在三个主柱1上下轭处的三个铁心横轭3连接，由电磁线绕制的绕组4分别套装在前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ各自的三个主柱1上，每个主柱1上的绕组4由结构完全相同的上下两段组成，由于前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ共有6个主柱1，所以由电磁线绕制的完全相同的绕组4共有12个。前铁心Ⅰ每相上段绕组的下端和后铁心Ⅱ对应相的下段绕组的上端交叉连接后以及后铁心Ⅱ每相上段绕组的下端和前铁心Ⅰ对应相的下段绕组的上端交叉连接后由端子AK、AD，BK、BD和CK、CD引出，套装在前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ上相同相的两个绕组4的上端和下端分别并联在一起组成了三相磁控电抗器9的三相输入端A、B、C和输出端Xa、Xb、Xc，其与电网相串联；三相磁控电抗器9作为磁控限流器的主体串联在输电线路中，其引出端子与空心电抗器6串联，空心电抗器6与直流励磁单元7相串联。直流励磁单元7由励磁变压器B和晶闸管VD组成，励磁变压器B输出的约为110V的交流电压经晶闸管VD相控整流，将交流转变为可控的直流，再经空心电抗器6输入到三相磁控电抗器9的励磁绕组，为三相磁控电抗器9提供直流励磁电流。直流励磁单元7串联空心电抗器6是限制系统发生故障时交流电流对直流系统的冲击。自动控制单元8与直流励磁单元7是并联工作的，励磁电流的大小完全由自动控制单元8来决定。本发明中，自动控制单元8采用常规的电流与电压信号检测电路、信号处理电路、结果判断电路、触发脉冲形成电路、脉冲封锁电路、反馈检测与保护电路。自动控制部分采用常规嵌入式单片机控制和精密A/D转换器，具有快速检测、高速运算、强抗干扰、保护完善等特点。本实施例中，单片机采用的型号为PIC16F870。

图4是本发明中绕组的连接示意图。由图中可知，A相绕组的引出端子分别为A₁～A₈； B相绕组的引出端子分别为B₁～B₈； C相绕组的引出端子分别为C₁～C₈。对于A相：A₁、A₂连接后的引出端子为AK；A₃、A₄连接后的引出端子为AD；AK和AD是A相直流控制电流的输入端；A₅与A₆相并联，A₇与A₈相并联，并联后所得的两个端子A与X_a，是与电网A相连接的预备端子。对于B相：B₁、B₂连接后的引出端子为BK；B₃、B₄连接后的引出端子为BD；BK和BD是B相直流控制电流的输入端；B₅与B₆相并联，B₇与B₈相并联，并联后所得的两个端子B与X_b，是与电网B相连接的预备端子。对于C相：C₁、C₂连接后的引出端子为CK；C₃、C₄连接后的引出端子为CD；CK和CD是C相直流控制电流的输入端；C₅与C₆相并联，C₇与C₈相并联，并联后所得的两个端子C与X_c，是与电网C相连接的预备端子。

图5和图6分别为本发明中自动控制单元8的电路方框图和控制流程图。其中：高压电压互感器PT和电流互感器CT检测的系统电压信号U、I经各自的模/数转换电路A/D转换后成为数字信号，输入到单片机CPU中进行运算，若运算的结果符合正常运行要求，则由触发脉冲形成电路发出触发脉冲，晶闸管VD被触发导通，三相磁控电抗器9深度饱和，保证输变电系统正常运行；若CPU运算的结果为系统短路故障，则立即封锁触发脉冲，强迫晶闸管VD关断，使三相磁控电抗器9迅速退出饱和呈现高阻抗状态，限制系统短路电流的增加，使输变电线路及设备得到保护。保护电路的作用一是在正常运行状态下实时监测晶闸管VD的工作状态，使其可靠工作，保证本发明稳定可靠运行，降低其故障率；二是一旦限流器失效，保护电路会立即动作，将三相磁控电抗器9短接，使其从电网中自动退出，保证系统正常供电。本发明可以制成干式结构，也可制成油浸结构，油浸结构是在干式结构基础上外加一个防护油箱，里面盛满绝缘油，引出线由端子引出再与直流励磁单元7和自动控制单元8相连接。

本发明的工作原理及工作过程为：在本发明的交流绕组中通入了可以调节的直流电流，改变直流电流的大小即可调整限流器铁心的饱和深度。所通入的直流电流越大，铁心越趋近于饱和，其电抗值越小；反之，所通入的直流电流越小，铁心越远离饱和区，其电抗值越大。控制系统将电网电流的变化状态采集下来，经过控制电路处理后，转换为控制直流大小的信号源，在该信号的控制下，本发明的电抗值即可跟随系统电流的变化而变化，在系统正常运行的状态下，直流励磁单元加入的直流电流较大，使铁心深度饱和，三相磁控电抗器的电抗值变得很小，限流作用很弱，有利于提高输电效率；当系统发生短路故障时，加入的直流电流瞬间变小，铁心快速退出饱和，三相磁控电抗器的电抗值达到最大设计值，将短路电流限制下来，起到限流保护的作用。

Claims

1.一种磁控型故障限流器，其特征在于：由三相磁控电抗器（9）、空心电抗器（6）、直流励磁单元（7）和自动控制单元（8）构成，其中：三相磁控电抗器（9）由两个完全相同的前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ构成双铁心三相五柱铁心，三相五柱铁心中间的三个柱为主柱（1），主柱（1）具有大小不等的截面（5），三相五柱铁心两侧的两个边柱为旁轭（2），前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ分别由设置在各自的三个主柱（1）上下轭处的三个铁心横轭（3）连接，由电磁线绕制的绕组（4）分别套装在前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ各自的三个主柱（1）上，每个主柱（1）上的绕组（4）由结构完全相同的上下两段组成，前铁心Ⅰ每相上段绕组的下端和后铁心Ⅱ对应相的下段绕组的上端交叉连接后以及后铁心Ⅱ每相上段绕组的下端和前铁心Ⅰ对应相的下段绕组的上端交叉连接后由端子AK、AD，BK、BD和CK、CD引出，套装在前铁心Ⅰ和后铁心Ⅱ上相同相的两个绕组（4）的上端和下端分别并联在一起组成了三相磁控电抗器（9）的三相输入端A、B、C和输出端Xa、Xb、Xc，其与电网相串联，套装在前铁芯Ⅰ和后铁芯Ⅱ上绕组的引出端子AK、AD，BK、BD和CK、CD交叉连接后与空心电抗器（6）相串联，空心电抗器（6）与直流励磁单元（7）相串联，直流励磁单元（7）与自动控制单元（8）并联连接。