CN105356434B - 一种新型桥式固态故障电流限制器及其使用方法 - Google Patents

一种新型桥式固态故障电流限制器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型桥式固态故障电流限制器及其使用方法，该新型桥式固态故障电流限制器包括单相整流桥单元、限流单元和断路单元；其中，所述单相整流桥单元包括晶闸管阀T和二极管D；所述限流单元两端与单相整流桥单元连接，其中一端位于单相整流桥单元的晶闸管阀T1的阴极和二极管D1的阴极之间，另一端位于单相整流桥单元的晶闸管T4的阳极与二极管D2的阳极之间，两单元共同构成单相故障电流限制器，所述断路单元与所述单相故障电流限制器并联；本发明在电力系统出现短路故障问题时，可自动快速接入系统，有效的限制短路电流的第一个峰值，起到限流作用，降低对故障识别的要求，而且整体结构简单，成本低。

Description

一种新型桥式固态故障电流限制器及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种故障电流限制器，具体讲涉及一种新型桥式固态故障电流限制器。
背景技术
由于电力系统的迅速发展，发电机单机容量、发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心的负荷密度持续增加，系统之间的互联程度加深，导致了各级电网短路电流水平增加这一新的问题。负荷中心大电源的投入进一步加快了电力系统短路水平的增长，系统中部分地区的短路电流已经达到甚至超过了断路器遮断容量，而且上升趋势越来越快，已经严重威胁到电力系统的安全运行。
目前，国内外限制短路电流分为系统级措施和装置级措施。系统级措施是从网架结构、运行方式等角度抑制短路电流水平，但其改变电网结构及运行方式，往往降低了电网的安全性、可靠性和经济性；装置级的措施主要有：高阻抗变压器、串联电抗器、高阻抗发电机以及故障电流限制器(Fault Current Limiter，FCL)等。其中，故障电流限制器是一种系统正常运行时不对系统运行产生影响或影响很小，故障时又能迅速将故障电流限制在合理范围之内的主动限流装置，具有广阔的研究和应用前景。
针对故障电流限制器，国内外很多大学、科研机构和科技公司都提出了多种不同的结构。目前现有技术主要有限流电抗器、高压限流熔断器、谐振型故障电流限制器、串联补偿装置(兼有限流功能)等，如申请号为“201420805025.4”，名称为“一种串联谐振型故障电流限制器”的实用新型专利，提供一种串联谐振型故障电流限制器，包括电抗器L、电容器组C、金属氧化物避雷器MOV、真空触发开关TVS、快速旁路开关K、第一触发电路、第二触发电路和触发控制器；电容器组C两端依次并联金属氧化物避雷器MOV、真空触发开关TVS和快速旁路开关K后与电抗器L串联；真空触发开关TVS与第一触发电路相连，快速旁路开关K与第二触发电路相连，触发控制器包括与电容器组C相连的输入、以及分别与第一触发电路和第二触发电路相连的输出。该专利申请虽然显著减小了限流器的结构、体积和重量，缩短了限流电抗器的投入时间，但是在电力系统出现故障时，仍不能自动快速接入系统起到限流作用。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种新型桥式固态故障电流限制器。
本发明提供的一种新型桥式固态故障电流限制器，包括单相整流桥单元、限流单元和断路单元；其改进之处在于，所述的单相整流桥单元包括晶闸管阀T和二极管D；
所述限流单元两端与单相整流桥单元连接，其中一端位于单相整流桥单元的晶闸管阀T1的阴极和二极管D1的阴极之间，另一端位于单相整流桥单元的晶闸管T4的阳极与二极管D2的阳极之间，两单元共同构成单相故障电流限制器，所述的断路单元与所述的单相故障电流限制器并联。
优选的，所述的单相整流桥单元包括晶闸管阀T1、T2、T3、T4和二极管D1、D2；
所述晶闸管阀T1的阴极和所述二极管D1的阴极连接，所述二极管D1的阳极与所述晶闸管阀T4的阴极连接，所述晶闸管T4的阳极与所述二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与所述晶闸管T1的阳极连接；
所述二极管D1、D2两端分别反向并联所述晶闸管阀T2和T3。
优选的，所述限流单元包括限流电抗器L。
优选的，所述断路单元包括旁路断路器K。
优选的，所述断路单元通过变压器与单相故障电流限制器连接；所述断路单元与所述变压器并联；所述变压器与单相故障电流限制器并联。
优选的，所述固态故障电流限制器的实现过程包括启动阶段、正常运行阶段、限流阶段和重投阶段；
所述启动阶段是指，故障电流限制器启动并进入正常运行状态之前，且旁路断路器K处于合闸状态的阶段；
所述正常运行阶段是指，故障电流限制器处于整流桥模式，限流电抗器不投入工作的阶段；
所述限流阶段是指系统发生短路故障时，故障电流限制器投入工作，限流电抗器限制短路电流的阶段；
所述重投阶段是指，故障消除，系统进入正常运行阶段。
优选的，所述启动阶段步骤如下:
1)持续给晶闸阀T1和T4导通信号；
2)令K分闸，整流桥进入正常运行状态；
3)系统电流将通过整流回路为限流电抗器L充磁。
优选的，所述正常运行阶段是指晶闸管阀T1和T4导通信号常加，限流电抗器L中的电流近似为直流电流。
优选的，所述限流阶段包括系统发生短路故障时和检测到系统短路故障后；
所述系统发生短路故障时，所述晶闸管阀T1和T4与所述二极管D1和D2交替导通，所述限流电抗器L迅速接入系统并开始限制故障电流；
所述检测到系统短路故障后，迅速撤掉所述晶闸管阀T1、T4的触发信号，电压当反向时，所述晶闸管阀T1和T4关断，触发导通晶闸管阀T2和T3，限流电抗器L完全接入系统。
优选的，所述重投阶段是指，当故障结束，故障限流器收到系统重投信号后，立即撤掉晶闸管阀T2和T3导通信号，当其反向截止时，立即触发导通晶闸管阀T1和T4，故障限流器恢复正常运行状态。
本发明与现有技术相比，优益效果为：
1)电力系统正常工作时，对电力系统潮流基本无影响；
2)电力系统出现短路故障后，可自动快速接入系统起到限流作用，降低对故障识别的要求；
3)可以限制短路电流的第一峰值；
4)避免采用复杂的全控器件，可靠性高；
5)整体结构简单，成本低；
6)晶闸管阀T2和T3与二极管D1和D2的反向并联结构，在电力系统故障时，此结构可将限流电抗器L完全串联接入系统，避免传统的桥式电路需附加额外的限流支路的问题。
附图说明
图1为现有技术示意图；
图2为本发明的新型桥式固态故障电流限制器电路原理图；
图3为本发明应用于高压或超高压电力系统的新型桥式固态故障电流限制器的电路原理图；
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图对本发明的内容做进一步的说明。
一种新型桥式固态故障电流限制器，其应用于非高压电力系统故障时的电路原理图，如图2所示，该故障电流限制器由单相整流桥单元、限流单元和断路单元构成；单相整流桥单元包括晶闸管阀T和二极管D；
限流单元两端与单相整流桥单元连接，其中一端位于单相整流桥单元的晶闸管阀T1的阴极和二极管D1的阴极之间，另一端位于单相整流桥单元的晶闸管T4的阳极与二极管D2的阳极之间，两单元共同构成单相故障电流限制器，所述断路单元与所述单相故障电流限制器并联。
其中的单相整流桥单元包括晶闸管阀T1、T2、T3、T4和二极管D1、D2；
晶闸管阀T1的阴极和二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与晶闸管阀T4的阴极连接，晶闸管T4的阳极与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与晶闸管T1的阳极连接；
二极管D1、D2两端分别反向并联所述的晶闸管阀T2和T3，反向并联的晶闸管阀T2和T3起到触发控制作用，控制晶闸管阀支路的通断，进而控制限流电抗器工作于正常或限流状态。
其中的限流单元包括限流电抗器L。
断路单元包括旁路断路器K，设置旁路断路器K，用于实现对装置检修、启动、退出；断路单元并联在所述的单相故障电流限制器的两侧。
固态故障电流限制器的实现过程包括启动阶段、正常运行阶段、限流阶段和重投阶段：
启动阶段是指，故障电流限制器启动并进入正常运行状态之前，且旁路断路器K处于合闸状态的阶段。启动过程中，首先持续给晶闸管阀T1和T4导通信号，进而令K分闸，整流桥在暂态过程之后进入正常运行状态，系统电流将通过整流回路为限流电抗L充磁。此时，晶闸管阀T1与T4处于导通状态，晶闸管阀T2和T3处于断开状态，二极管桥路始终导通，流经限流电抗器的电流等于系统的稳态电流峰值。
正常运行阶段是指，故障电流限制器不投入工作的阶段。系统正常运行时，晶闸管阀T1和T4导通信号常加。若不考虑电抗和晶闸管的有功损耗，限流电抗器L中流过近似直流的电流。此时，各桥臂一直处于导通状态，限流电抗器L不起作用，不产生无功压降，因此对电力系统无影响。
限流阶段是指系统发生短路故障时，故障电流限制器投入工作的阶段。当系统发生短路故障时，短路电流峰值远远超过系统稳态运行电流，晶闸管阀T1和T4与二极管D1和D2将交替导通，限流电抗器L迅速接入系统并开始限流。当检测到系统短路故障后，迅速撤掉晶闸管阀T1、T4的触发信号，晶闸管阀T1和T4将在电压反向时关断，之后立即触发导通晶闸管阀T2和T3，限流电抗器L完全接入系统，故障电流将持续被限流电抗器L所抑制。
重投阶段是指，故障消除，系统进入正常运行阶段。当故障结束，故障限流器收到系统重投信号后，立即撤掉晶闸管阀T2和T3导通信号，当其反向截止时，触发导通晶闸管阀T1和T4，故障限流器恢复正常运行状态。
当该新型桥式固态故障电流限制器应用于高压和超高压电力系统故障时，其电路原理图如图3所示，其相较于图2应用于非高压电力系统故障的电路原理图的改进之处在于，断路单元通过变压器与单相故障电流限制器连接，断路单元与变压器并联，变压器与单相故障电流限制器并联，在高压或超高压电力系统中，采用降压变压器耦合，用以降低故障电流限制器中电力电子器件的电压定值，从而降低限流器成本。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种桥式固态故障电流限制器，其特征在于，所述的桥式固态故障电流限制器包括单相整流桥单元、限流单元和断路单元；
所述单相整流桥单元包括晶闸管阀T和二极管D；
所述限流单元两端与单相整流桥单元连接，其中一端位于单相整流桥单元的晶闸管阀T1的阴极和二极管D1的阴极之间，另一端位于单相整流桥单元的晶闸管T4的阳极与二极管D2的阳极之间，两单元共同构成单相故障电流限制器；
所述断路单元与所述的单相故障电流限制器并联；
所述单相整流桥单元包括晶闸管阀T1、T2、T3、T4和二极管D1、D2；
所述晶闸管阀T1的阴极和所述二极管D1的阴极连接，所述二极管D1的阳极与所述晶闸管阀T4的阴极连接，所述晶闸管T4的阳极与所述二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极与所述晶闸管T1的阳极连接；
所述二极管D1、D2两端分别反向并联所述晶闸管阀T2和T3。
2.如权利要求1所述的桥式固态故障电流限制器，其特征在于，所述限流单元包括限流电抗器L。
3.如权利要求1所述的桥式固态故障电流限制器，其特征在于，所述断路单元包括旁路断路器K。
4.如权利要求1所述的桥式固态故障电流限制器，其特征在于，所述断路单元通过变压器与单相故障电流限制器连接；
所述断路单元与所述变压器并联；所述变压器与单相故障电流限制器并联。
5.应用于权利要求1所述的桥式固态故障电流限制器的方法，其特征在于，所述固态故障电流限制器的实现过程包括启动阶段、正常运行阶段、限流阶段和重投阶段；
所述启动阶段是指，故障电流限制器启动并进入正常运行状态之前,此时旁路断路器K处于合闸状态；
所述正常运行阶段是指，故障电流限制器不投入限流工作的阶段；
所述限流阶段是指系统发生短路故障时，故障电流限制器投入限流工作的阶段；
所述重投阶段是指故障消除，系统再次进入正常运行阶段。
6.如权利要求5所述的桥式固态故障电流限制器的方法，其特征在于，所述启动阶段步骤如下:
1)持续给晶闸阀T1和T4导通信号；
2)令K分闸，整流桥进入正常运行状态；
3)系统电流将通过整流回路为限流电抗器L充磁。
7.如权利要求5所述的桥式固态故障电流限制器的方法，其特征在于，所述正常运行阶段是指晶闸管阀T1和T4导通信号常加，限流电抗器L不产生无功压降。
8.如权利要求5所述的桥式固态故障电流限制器的方法，其特征在于，所述限流阶段包括系统发生短路故障时和检测到系统短路故障后；
所述系统发生短路故障时，所述晶闸管阀T1和T4与所述二极管D1和D2交替导通，限流电抗器L迅速接入系统并开始限流；
所述限流器检测到系统短路故障后，迅速撤掉所述晶闸管阀T1、T4的触发信号，当电压反向截止时，所述晶闸管阀T1和T4关断，立即触发导通晶闸管阀T2和T3，所述限流电抗器L完全接入系统。
9.如权利要求5所述的桥式固态故障电流限制器的方法，其特征在于，所述重投阶段是指故障限流器收到系统重投信号后，立即撤掉晶闸管阀T2和T3导通信号，当其反向截止时，立即触发导通晶闸管阀T1和T4，故障限流器恢复正常运行状态。
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