CN102969705A

CN102969705A - 一种故障限流装置

Info

Publication number: CN102969705A
Application number: CN2012104429163A
Authority: CN
Inventors: 郭文勇; 吴明建; 戴少涛; 肖立业; 张京业; 徐小飞; 施飞; 邱清泉; 张志丰; 朱志芹; 马韬
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: CN102969705B

Abstract

一种故障限流装置，其特征是利用双态断路器、压敏电阻、超导限流单元和限流电抗器组成的组合电路进行限流。双态断路器内含有两个常闭触点、两个常开触点和接触器；接触器在传动机构的作用下，分别连接两个常闭触点或两个常开触点；通过双态断路器在常闭触点和常开触点之间的切换，分别将超导限流单元、压敏电阻和限流电抗器投入电网限流。

Description

一种故障限流装置

技术领域

本发明涉及一种故障限流装置。

背景技术

随着国民经济的快速发展，社会对电力需求不断增加，带动了电力系统的不断发展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和中心负荷不断增加，就使得电力系统之间互联，各级电网中的短路电流水平不断提高，短路故障对电力系统及其相连的电气设备的破坏性也越来越大。而且，在对电能需求量日益增长的同时，人们对电能质量、供电可靠性和安全性等也提出了更高的要求。然而，大电网的暂态稳定性问题比较突出，其中最重要的原因之一是由于常规电力技术缺乏行之有效的短路故障限流技术。目前，世界上广泛采用断路器对短路电流全额开断，由于短路电流水平与系统的容量直接相关，在断路器的额定开断电流水平一定的情况下，采用全额开断短路电流将会限制电力系统容量的增长，并且断路器价格随着其额定开断电流的增加而迅速上升。随着电网容量和规模的扩大，这一问题将变得更加严重。

短路故障限流器是解决这一问题的有效途径。它通过在电网发生短路时，在故障线路中串入阻抗来限制故障电流，以达到保护电力设备和使断路器能可靠开断的目的。在各种限流器中，超导限流器由于其正常态呈现无阻抗而在电网发生过流时失超自动产生阻抗限流的特点，被认为是理想的故障限流装置。图1所示为台湾专利TW201212448(A)“故障电流限流器”的拓扑结构图，该拓扑结构采用超导故障电流限制器和分路电抗器并联的形式。该拓扑结构可以在一定程度上减少超导带材的用量，但是采用分路电抗器与超导故障电流限制器并联后的整体限流电路的阻抗值会减小，因此在一定程度上减小了超导故障电流限制器的限流效果。图2为专利WO2012125716“超导限流器”的拓扑结构图。其基本拓扑结构与图1区别不大，只是多做一路超导限流单元以方便检修备份，因此也无法解决图1所述专利所面临的问题。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种故障限流装置，其特征是利用双态断路器、压敏电阻、超导限流单元和限流电抗器组成的组合电路进行限流，双态断路器内含有两个常闭触点、两个常开触点和接触器；接触器在传动机构的作用下，能够分别连接两个常闭触点或两个常开触点；通过双态断路器在常闭触点和常开触点之间的切换，可分别将超导限流单元、压敏电阻和限流电抗器投入电网限流。

本发明有两种主要的结构形式：

1、本发明一种故障限流装置的第一种结构形式如下：所述的故障限流装置由双态断路器、压敏电阻、超导限流单元和限流电抗器组成；双态断路器内含有两个常闭触点、两个常开触点和接触器；接触器在传动机构的作用下，能够分别连接两个常闭触点或两个常开触点；第一常闭触点与电网传输线的输入端相连；第二常闭触点与超导限流单元的一端相连；超导限流单元的另一端与电网传输线的输出端相连；第一常开触点与电网传输线的输入端相连，第二常开触点与限流电抗器的一端相连；限流电抗器的另一端与电网传输线的输出端相连，压敏电阻的两端分别与电网传输线的输入端和电网传输线的输出端相连。

本结构形式的故障限流装置一共有七种工作状态：（1）正常状态：双态断路器的两个常闭触点通过接触器闭合，此时电网电流仅流过超导限流单元，而超导限流单元处于超导态，对电网无影响；（2）第一限流态：当电网发生短路故障时，超导限流单元失超产生电阻，并起到对电网的限流作用，此时超导限流单元尚处于磁通流阻态，失超电阻较小，超导限流单元上的电压低于压敏电阻的箝位电压，压敏电阻不起作用；（3）第二限流态：此时超导限流单元完全失超，超导限流单元上的电压超过压敏电阻的箝位电压，故障电流的一部分流过超导限流单元，故障电流的另外一部分通过压敏电阻分流，由于压敏电阻的分流作用，超导限流单元只需承担部分短路功率；（4）第三限流态，此时双态断路器收到开断触发信号，双态断路器的接触器脱离常闭触点向常开触点移动，超导限流单元与电网脱离接触，故障电流完全由压敏电阻的箝位电压进行限制；（5）第四限流态，此时双态断路器的接触器接触到常开触点，限流电抗器被串入电网，限流电抗器的最大峰值电压低于压敏电阻的箝位电压，压敏电阻脱离电网，故障电流完全由限流电抗器进行限流；（6）第一恢复态，电网短路故障恢复后，双态断路器的接触器脱离常开触点向常闭触点移动，限流电抗器与电网脱离接触，压敏电阻串入电网，（7）第二恢复态，双态断路器的接触器接触到常闭触点，压敏电阻与电网脱离，超导限流单元再次被串入电网，由于其已恢复超导态，对电网的正常工作没有影响，故障限流装置对外不呈现阻抗，电网完全恢复正常状态。

2、本发明一种故障限流装置的第二种结构形式如下：所述的故障限流装置由双态断路器、压敏电阻、超导限流单元和限流电抗器组成；双态断路器内含有两个常闭触点、两个常开触点和接触器；接触器在传动机构的作用下，能够分别连接两个常闭触点或两个常开触点；第一常闭触点与限流电抗器的一端相连；第二常闭触点与限流电抗器的另一端相连后与电网传输线的输出端相连；第一常开触点与超导限流单元的一端相连，第二常开触点与超导限流单元的另一端相连后与电网传输线的输入端相连；第一常闭触点与第一常开触点相连；压敏电阻的两端分别与电网传输线的输入端和电网传输线的输出端相连。

本结构形式的故障限流装置一共有七种工作状态：（1）正常状态：双态断路器的两个常闭触点通过接触器闭合，此时电网电流仅流过超导限流单元，而超导限流单元处于超导态，对电网无影响；（2）第一限流态：当电网发生短路故障时，超导限流单元失超产生电阻，并起到对电网的限流作用，此时超导限流单元尚处于磁通流阻态，失超电阻较小，超导限流单元上的电压低于压敏电阻的箝位电压，压敏电阻不起作用；（3）第二限流态：此时超导限流单元完全失超，超导限流单元上的电压超过压敏电阻的箝位电压，故障电流的一部分流过超导限流单元，故障电流的另外一部分通过压敏电阻分流，由于压敏电阻的分流作用，超导限流单元只需承担部分短路功率；（4）第三限流态，此时双态断路器收到开断触发信号，双态断路器的接触器脱离常闭触点向常开触点移动，超导限流单元与限流电抗器串联后与压敏电阻并联，故障电流的一部分流过超导限流单元与限流电抗相串联的支路，故障电流的另外一部分通过压敏电阻分流；（5）第四限流态，此时双态断路器的接触器接触到常开触点，超导限流单元被短接，限流电抗器的最大峰值电压低于压敏电阻的箝位电压，压敏电阻脱离电网，故障电流完全由限流电抗器进行限流；（6）第一恢复态，电网短路故障恢复后，双态断路器的接触器脱离常开触点向常闭触点移动，超导限流单元串入电网，由于其已恢复超导态，对电网的正常工作没有影响；（7）第二恢复态，双态断路器的接触器接触到常闭触点，限流电抗器被短接，故障限流装置对外不呈现阻抗，电网完全恢复正常状态。

附图说明

图1为台湾专利TW201212448(A)“故障电流限流器”的拓扑结构图；

图2专利WO2012125716“超导限流器”拓扑结构图；

图3和图4为本发明实施例1和2的拓扑结构图；

图4为本发明的实施例2的拓扑结构

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图3为本发明的实施例1的拓扑结构。如图3所示，本发明实施例1的结构如下：该实施例由双态断路器B、压敏电阻V、超导限流单元S和限流电抗器L组成；双态断路器B内含有两个常闭触点C1、C2、两个常开触点O1、O2和接触器CT；接触器CT在传动机构的作用下，能够分别连接两个常闭触点C1、C2或两个常开触点O1、O2；第一常闭触点C1与电网传输线的输入端T1相连；第二常闭触点C2与超导限流单元S的一端相连；超导限流单元S的另一端与电网传输线的输出端T2相连；第一常开触点O1与电网传输线的输入端T1相连，第二常开触点O2与限流电抗器L的一端相连；限流电抗器L的另一端与电网传输线的输出端T2相连，压敏电阻的两端分别与电网传输线的输入端T1和电网传输线的输出端T2相连。

对于图3所示的实施例1的拓扑结构一共有七种工作状态：1、正常状态：双态断路器B的两个常闭触点C1、C2通过接触器CT闭合，此时电网电流仅流过超导限流单元S，而超导限流单元S处于超导态，对电网无影响；2、第一限流态：当电网发生短路故障时，超导限流单元S失超产生电阻，并起到对电网的限流作用，此时超导限流单元S尚处于磁通流阻态，失超电阻较小，超导限流单元S上的电压低于压敏电阻V的箝位电压，压敏电阻V不起作用；3、第二限流态：此时超导限流单元S完全失超，超导限流单元S上的电压超过压敏电阻V的箝位电压，故障电流的一部分流过超导限流单元S，故障电流的另外一部分通过压敏电阻V分流，由于压敏电阻V的分流作用，超导限流单元S只需承担部分短路功率；4、第三限流态，此时双态断路器B收到开断触发信号，双态断路器B的接触器CT脱离常闭触点C1、C2向常开触点O1、O2移动，超导限流单元S与电网脱离接触，故障电流完全由压敏电阻V的箝位电压进行限制；5、第四限流态，此时双态断路器B的接触器CT接触到常开触点O1、O2，限流电抗器L被串入电网，限流电抗器L的最大峰值电压低于压敏电阻V的箝位电压，压敏电阻V脱离电网，故障电流完全由限流电抗器L进行限流；6、第一恢复态，电网短路故障恢复后，双态断路器B的接触器CT脱离常开触点O1、O2向常闭触点C1、C2移动，限流电抗器L与电网脱离接触，压敏电阻V串入电网，7、第二恢复态，双态断路器B的接触器CT接触到常闭触点C1、C2，压敏电阻V与电网脱离，超导限流单元S再次被串入电网，由于其已恢复超导态，对电网的正常工作没有影响，故障限流装置对外不呈现阻抗，电网完全恢复正常状态。

图4为本发明的实施例2的拓扑结构。如图4所示，本发明实施例2的结构如下：该实施例由双态断路器B、压敏电阻V、超导限流单元S和限流电抗器L组成；双态断路器B内含有两个常闭触点C1、C2、两个常开触点O1、O2和接触器CT；接触器CT在传动机构的作用下，能够分别连接两个常闭触点C1、C2或两个常开触点O1、O2；第一常闭触点C1与限流电抗器L的一端相连；第二常闭触点C2与限流电抗器L的另一端相连后与电网传输线的输出端T2相连；第一常开触点O1与超导限流单元S的一端相连，第二常开触点O2与超导限流单元S的另一端相连后与电网传输线的输入端T1相连；第一常闭触点C1与第一常开触点O1相连；压敏电阻的两端分别与电网传输线的输入端T1和电网传输线的输出端T2相连。

对于图3所示的实施例2的拓扑结构共有七种工作状态：1、正常状态：双态断路器B的两个常闭触点C1、C2通过接触器CT闭合，此时电网电流仅流过超导限流单元S，而超导限流单元S处于超导态，对电网无影响；2、第一限流态：当电网发生短路故障时，超导限流单元S失超产生电阻，并起到对电网的限流作用，此时超导限流单元S尚处于磁通流阻态，失超电阻较小，超导限流单元S上的电压低于压敏电阻V的箝位电压，压敏电阻V不起作用；3、第二限流态：此时超导限流单元S完全失超，超导限流单元S上的电压超过压敏电阻V的箝位电压，故障电流的一部分流过超导限流单元S，故障电流的另外一部分通过压敏电阻V分流，由于压敏电阻V的分流作用，超导限流单元S只需承担部分短路功率；4、第三限流态，此时双态断路器B收到开断触发信号，双态断路器B的接触器CT脱离常闭触点C1、C2向常开触点O1、O2移动，超导限流单元S与限流电抗器L串联后与压敏电阻V并联，故障电流的一部分流过超导限流单元S与限流电抗L相串联的支路，故障电流的另外一部分通过压敏电阻V分流；5、第四限流态，此时双态断路器B的接触器CT接触到常开触点O1、O2，超导限流单元S被短接，限流电抗器L的最大峰值电压低于压敏电阻V的箝位电压，压敏电阻V脱离电网，故障电流完全由限流电抗器L进行限流；6、第一恢复态，电网短路故障恢复后，双态断路器B的接触器CT脱离常开触点O1、O2向常闭触点C1、C2移动，超导限流单元S串入电网，由于其已恢复超导态，对电网的正常工作没有影响；7、第二恢复态，双态断路器B的接触器CT接触到常闭触点C1、C2，限流电抗器L被短接，故障限流装置对外不呈现阻抗，电网完全恢复正常状态。

Claims

1.一种故障限流装置，其特征在于所述的故障限流装置利用双态断路器（B）、压敏电阻（V）、超导限流单元（S）和限流电抗器（L）组成的组合电路进行限流；双态断路器（B）内含有两个常闭触点（C1、C2）、两个常开触点（O1、O2）和接触器（CT）；接触器（CT）在传动机构的作用下，分别连接两个常闭触点（C1、C2）或两个常开触点（O1、O2）；通过双态断路器（B）在常闭触点（C1、C2）和常开触点之间（O1、O2）的切换，分别将超导限流单元（S）、压敏电阻（V）和限流电抗器（L）投入电网限流。

2.根据权利要求1所述的故障限流装置，其特征在于所述双态断路器（B）的第一常闭触点（C1）与电网传输线的输入端（T1）相连，第二常闭触点（C2）与超导限流单元（S）的一端相连；超导限流单元（S）的另一端与电网传输线的输出端（T2）相连；第一常开触点（O1）与电网传输线的输入端（T1）相连，第二常开触点（O2）与限流电抗器（L）的一端相连；限流电抗器（L）的另一端与电网传输线的输出端（T2）相连，压敏电阻的两端分别与电网传输线的输入端（T1）和电网传输线的输出端（T2）相连。

3.根据权利要求2所述的故障限流装置，其特征在于所述故障限流装置共有七种工作状态：（1）正常状态：双态断路器（B）的两个常闭触点（C1、C2）通过接触器（CT）闭合，此时电网电流仅流过超导限流单元（S），而超导限流单元（S）处于超导态，对电网无影响；（2）第一限流态：当电网发生短路故障时，超导限流单元（S）失超产生电阻，并起到对电网的限流作用，此时超导限流单元（S）尚处于磁通流阻态，失超电阻较小，超导限流单元（S）上的电压低于压敏电阻（V）的箝位电压，压敏电阻（V）不起作用；（3）第二限流态：此时超导限流单元（S）完全失超，超导限流单元（S）上的电压超过压敏电阻（V）的箝位电压，故障电流的一部分流过超导限流单元（S），故障电流的另外一部分通过压敏电阻（V）分流，由于压敏电阻（V）的分流作用，超导限流单元（S）只需承担部分短路功率；（4）第三限流态，此时双态断路器（B）收到开断触发信号，双态断路器（B）的接触器（CT）脱离常闭触点（C1、C2）向常开触点（O1、O2）移动，超导限流单元（S）与电网脱离接触，故障电流完全由压敏电阻（V）的箝位电压进行限制；（5）第四限流态，此时双态断路器（B）的接触器（CT）接触到常开触点（O1、O2），限流电抗器（L）被串入电网，限流电抗器（L）的最大峰值电压低于压敏电阻（V）的箝位电压，压敏电阻（V）脱离电网，故障电流完全由限流电抗器（L）进行限流；（6）第一恢复态，电网短路故障恢复后，双态断路器（B）的接触器（CT）脱离常开触点（O1、O2）向常闭触点（C1、C2）移动，限流电抗器（L）与电网脱离接触，压敏电阻（V）串入电网，（7）第二恢复态，双态断路器（B）的接触器（CT）接触到常闭触点（C1、C2），压敏电阻（V）与电网脱离，超导限流单元（S）再次被串入电网，由于其已恢复超导态，对电网的正常工作没有影响，故障限流装置对外不呈现阻抗，电网完全恢复正常状态。

4.根据权利要求1所述的故障限流装置，其特征在于所述双态断路器（B）的第一常闭触点（C1）与限流电抗器（L）的一端相连，第二常闭触点（C2）与限流电抗器（L）的另一端相连后与电网传输线的输出端（T2）相连；第一常开触点（O1）与超导限流单元（S）的一端相连，第二常开触点（O2）与超导限流单元（S）的另一端相连后与电网传输线的输入端（T1）相连；第一常闭触点（C1）与第一常开触点（O1）相连；压敏电阻的两端分别与电网传输线的输入端（T1）和电网传输线的输出端（T2）相连。

5.根据权利要求4所述的故障限流装置，其特征在于所述故障限流装置共有七种工作状态：（1）正常状态：双态断路器（B）的两个常闭触点（C1、C2）通过接触器（CT）闭合，此时电网电流仅流过超导限流单元（S），而超导限流单元（S）处于超导态，对电网无影响；（2）第一限流态：当电网发生短路故障时，超导限流单元（S）失超产生电阻，并起到对电网的限流作用，此时超导限流单元（S）尚处于磁通流阻态，失超电阻较小，超导限流单元（S）上的电压低于压敏电阻（V）的箝位电压，压敏电阻（V）不起作用；（3）第二限流态：此时超导限流单元（S）完全失超，超导限流单元（S）上的电压超过压敏电阻（V）的箝位电压，故障电流的一部分流过超导限流单元（S），故障电流的另外一部分通过压敏电阻（V）分流，由于压敏电阻（V）的分流作用，超导限流单元（S）只需承担部分短路功率；（4）第三限流态，此时双态断路器（B）收到开断触发信号，双态断路器（B）的接触器（CT）脱离常闭触点（C1、C2）向常开触点（O1、O2）移动，超导限流单元（S）与限流电抗器（L）串联后与压敏电阻（V）并联，故障电流的一部分流过超导限流单元（S）与限流电抗（L）相串联的支路，故障电流的另外一部分通过压敏电阻（V）分流；（5）第四限流态，此时双态断路器（B）的接触器（CT）接触到常开触点（O1、O2），超导限流单元（S）被短接，限流电抗器（L）的最大峰值电压低于压敏电阻（V）的箝位电压，压敏电阻（V）脱离电网，故障电流完全由限流电抗器（L）进行限流；（6）第一恢复态，电网短路故障恢复后，双态断路器（B）的接触器（CT）脱离常开触点（O1、O2）向常闭触点（C1、C2）移动，超导限流单元（S）串入电网，由于其已恢复超导态，对电网的正常工作没有影响；（7）第二恢复态，双态断路器（B）的接触器（CT）接触到常闭触点（C1、C2），限流电抗器（L）被短接，故障限流装置对外不呈现阻抗，电网完全恢复正常状态。