CN104836216A - 一种饱和铁芯型故障限流器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种饱和铁芯型故障限流器，包括四柱型铁芯、2组直流绕组和1组交流绕组；2组直流绕组串联且连接在直流电源DC上，且分别绕制在四柱型铁芯的中间两个芯柱上，绕制方向上满足2组直流绕组在铁芯中产生的磁场方向相同；交流绕组串接在交流电源AC和负载RL之间，且交流绕组绕制在直流绕组外侧，且以中间两个芯柱整体为绕制轴进行绕制。本发明结构简单、可以有效限制短路电流，具有功耗小、散热好等优点。

Description

一种饱和铁芯型故障限流器
技术领域
本发明涉及电力设计技术领域，特别是一种故障限流器的铁芯结构。
背景技术
随着电力系统的扩展、分布式发电技术的发展和电网的互联越来越紧密，系统的短路容量越来越大，短路电流呈现不断上升趋势，故障限流器的研究成为了热点。故障限流器应用于高压电网，可有效限制短路故障后系统的短路电流。故障限流器在电网正常运行时表现为微小阻抗，在电网发生短路故障时后，能迅速呈现高阻抗，将故障电流限制在一定的水平。
基本的磁饱和型故障限流器，其直流线圈产生很强的直流磁场，使铁芯处于深度饱和状态。在电力系统正常工作时，由于铁芯处于深度磁饱和状态，而且交流绕组产生的磁场不足以使铁芯退出饱和状态，所以交流线圈在电网中呈现低感抗状态。当电网中发生短路故障时，过大的短路电流使直流线圈磁场和交流线圈磁场方向相反的铁芯部分退出磁饱和状态，在交流线圈中引起磁通量的变化，产生高感抗，从而限制短路电流。在一个周期内，两个直流线圈分别使铁芯退饱和，故障限流器在周期内有效地限制短路电流。
现有饱和铁芯型故障限流器缺陷是：直流线圈中需要通过足够大的电流，才能在电网正常工作不会使铁芯退出饱和状态，这会增大系统的功率损耗和散热问题，也会增大直流电源的设计难度。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种饱和铁芯型故障限流器，用于解决现有的饱和铁芯型故障限流器需要提供足够大的直流电流，系统功耗高、散热困难、直流电源的设计难度大的技术问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种饱和铁芯型故障限流器，包括四柱型铁芯、2组直流绕组和1组交流绕组；2组直流绕组串联且连接在直流电源DC上，且分别绕制在四柱型铁芯的中间两个芯柱上，绕制方向上满足两个直流绕组在铁芯中产生的磁场方向相同；交流绕组串接在交流电源AC和负载RL之间，且交流绕组绕制在直流绕组外侧，且以中间两个芯柱整体为绕制轴进行绕制。
由于2组直流绕组在铁芯中产生的磁场方向相同，且在铁芯中构成闭合的磁回路，因此当铁芯进入深度磁饱和状态时，直流线圈中所需的电流值会明显减小，进而可以降低直流回路的功耗，改善限流器装置工作时的散热问题。
进一步的，在本发明中，2组直流绕组缠绕圈数相同。有利于铁芯中的磁场分布左右对称。
有益效果：
本发明提供的一种新型饱和铁芯型故障限流器具有如下效果：
1)与传统的饱和铁芯型故障限流器一样，在电网正常工作时呈现微小阻抗，在发生短路故障时，能快速限制短路电流的大小；
2)对于相同规格的饱和铁芯型故障限流器，本发明所提出的结构在直流电流很小的情况下即可使铁芯进入深度饱和状态；
3)由于所需直流电流值减小，故障限流器系统的能耗和散热都得到改善，并且直流电源的设计难度大为降低。
附图说明
图1为本发明的基本原理图；
图2为本发明的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示是本发明的基本原理图。新型故障限流器的铁芯结构1为四柱型，将2组直流绕组2、4串联并绕制在中间的两根芯柱上，绕制方向上满足2组直流绕组2、4在铁芯中产生的磁场方向相同，交流绕组3串接在交流电源AC和负载RL之间，且交流绕组3绕制在直流绕组2、4的外侧，且以中间两个芯柱整体为绕制轴进行绕制。
新型饱和铁芯限流器有两个回路，直流回路上是直流电流源DC、电阻R2、组直流绕组2、4以及开关S2的串联。交流回路上是交流电压源AC、电阻R1、开关S1、负载电阻RL以及交流绕组3的串联，开关S3与电阻RL并联。
参见图2，四柱型铁芯结构1采用的材料是电工硅钢片，直流绕组2、4以及交流绕组3是由普通导线绕制而成，其中铁芯的尺寸规格、线圈的扎数与故障限流器的额定参数大小有关。
参见图1和图2，开关S2闭合、S1断开、S3断开，直流回路导通，2个直流绕组2、4中形成的磁场使铁芯进入深度饱和状态；闭合开关S1，交流回路导通，故障限流器工作在正常状态下，交流绕组3产生的磁场强度不足以使铁芯退去饱和状态，铁芯中磁场强度B基本无变化，交流绕组3所交链的磁通变化很小，交流绕组3两端的感应电动势很小，即在正常工作情况下，故障限流器的阻抗很小。
闭合开关S3，负载电阻RL被短路，由于交流绕组3以中间两个芯柱整体为轴绕制，则交流绕组3在中间两个芯柱上产生的磁场方向始终一致，然而2组直流绕组2、4在中间两个芯柱上产生的磁场形成首尾相接的形式，在任意时刻必然存在其中一个芯柱上交流绕组3产生的磁场和直流绕组2、4产生的磁场方向相反，同时刻的另外一个芯柱上交流绕组3产生的磁场和直流绕组2、4产生的磁场方向相同；磁场方向相反的芯柱退出磁饱和状态，磁场方向相同的芯柱仍然处于磁饱和状态；半个周期后，两个芯柱的状态交换，如此循环……这种情况下，交流绕组3所链的磁通发生变化，故障限流器对电网呈现阻抗，但是阻抗值仍然比较小。
通过检测系统在交流电路发生短路故障时，即开发S3闭合的时候，控制断开开关S2，直流绕组2、4不再产生磁场，交流绕组3中的铁芯全部退出磁饱和，交流绕组3呈现高阻抗，能快速、有效地限制故障电流到所规定的值。
下面通过有限元仿真软件JMAG模拟电网发生短路，记录短路发生时刻起的第一个周期T＝0.02s内本发明装置中直流绕组2、4中铁芯的磁通密度，分别列于表1中。
表1
从表1中可知，在前半个周期0～0.01s内，直流绕组2中铁芯的磁通密度迅速减小，使得直流绕组2所绕制的芯柱退出磁饱和状态，而此时直流绕组4中铁芯的磁通密度有相应地增加，直流绕组4所绕制的芯柱仍维持磁饱和状态；在后半个周期0.01～0.019s内，直流绕组4中铁芯的磁通密度迅速减小，使得直流绕组4所绕制的芯柱退出磁饱和状态，而此时直流绕组2中的磁通密度有相应地增加，直流绕组2所绕制的芯柱仍维持磁饱和状态。
下面通过对比实验证明本发明的技术方案的优势。
设置交流侧开路，直流回路电流值相同的情况下，将本发明装置与传统结构的饱和铁芯限流器进行对比，将本发明装置的铁芯以及传统结构的饱和铁芯限流器中铁芯的磁通密度列于表2中。
表2
对比表1中同一时刻本发明装置与传统结构的饱和铁芯限流器相比，本发明结构的铁芯中的磁通密度能够迅速地达到较大值且保持稳定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种饱和铁芯型故障限流器，其特征在于：包括四柱型铁芯、2组直流绕组和1组交流绕组；2组直流绕组串联且连接在直流电源DC上，且分别绕制在四柱型铁芯的中间两个芯柱上，绕制方向上满足2组直流绕组在铁芯中产生的磁场方向相同；交流绕组串接在交流电源AC和负载RL之间，且交流绕组绕制在直流绕组外侧，且以中间两个芯柱整体为绕制轴进行绕制。
2.根据权利要求1所述的饱和铁芯型故障限流器，其特征在于：2组直流绕组缠绕圈数相同。
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