CN106972470A - 一种短路故障限流变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路故障限流限制技术领域，具体涉及一种短路故障限流变压器，该限流变压器包括变压器和短路保护电路，所述变压器的次级线圈是由三个相同的副边线圈组成，在三个副边线圈上分别引出一个低压抽头，所述低压抽头和与之相应的同线圈的高压端之间分别连接一个短路保护电路，所述短路保护电路是由低压抽头依次与辅助电抗器、短路保护开关、电容器串联并连接副边线圈的高压端，组成一个限流回路，电容器还与供电开关并联，供电开关和短路保护开关的共同接点接入供电电路。在线路的故障瞬间，本发明的电源与故障点之间就相当于加入一个很大的阻抗，由此起到限制故障电流的作用。

Description

一种短路故障限流变压器

技术领域

本发明涉及电路故障限流限制技术领域，具体涉及一种短路故障限流变压器。

背景技术

随着社会各行各业的蓬勃发展，对作为能源的电力需求更是突显出来，随之电网容量迅速扩大，与此同时，电力系统的短路电流水平也到达严峻程度，短路故障带来的一些重大安全问题和经济问题迫使人们对它被动和主动进行很多研究和实施一些措施，也因此出现了故障电流限制技术，尤其近十年来短路故障限流技术得到迅速发展，例如超导型故障限流器、电力电子型故障限流器、永磁型故障限流器等都是目前研究的热门课题，并且它们当中每一类限流器又都出现不少分支型式。综观来说：1.超导型故障限流器，可实现检测、转换、限流一体化，能在毫秒级内限制故障电流，对电力系统比较理想。但它受一些条件限制，有些技术尚不成熟，运行可靠性还不能保证，超导恢复时间长，造价也极其昂贵。2.电力电子型故障限流器，它的优点是动作速度快、动作重复性好，满足线路多次重合闸要求，缺点是需要些高电压大容量半导体元器件串并联组成，同步触发和保护要求高，主电路元件静态功耗和发热厉害，散热复杂，需强迫水冷。整体装置价格昂贵，因此实用性受到很大限制。3. 永磁饱和型故障限流器，它相对于超导型故障限流器而言，不需要额外直流绕组和电流，提高了运行可靠性，结构型式和制造工艺也不复杂，无需外加控制就可实现自动投切，易于实现高电压大容量化，价格低廉，是目前研究的热点之一，但它也存在一些问题，如交流线圈套在永磁体上，可能导致永磁体去磁，特别短路大电流时，永磁体的去磁会更严重，总之永磁型故障限流器的永磁体在各种有关因素下的使用寿命是一个还不被掌握的或尚未解决的重要问题，因此国内外的该项研究还处在低电压等级的水平上。

众所周知，变压器是电力系统和用户使用最多且最重要的电气设备之一，电能的传输和配给都离不开变压器，变压器应该是一个使用很可靠、寿命又长的安全设备，然而它们的理论寿命与实际使用寿命却是有距离的，尤其系统或线路的短路故障是影响变压器寿命的重要因素或是决定变压器寿命的直接原因。由此也就要求变压器要具有一定的抗短路能力。近些年来变压器的节能技术日渐兴起，这是一个应该肯定的正确方向，不能否定，然而，在某些方面却被忽略掉，例如变压器的抗短路能力就是其一，由于外部短路变压器损坏事故频发，又据目前调查得知：变压器抗短路能力试验中合格者是少数，甚至是极少数，这对变压器和电网安全仍是一个潜在的威胁。

发明内容

本发明提供了一种短路故障限流变压器，解决了变压器的抗短路能力差的问题。

综上所述，为了达到上述目的，本发明提供了一种短路故障限流变压器，其特征在于，该限流变压器包括变压器和短路保护电路，所述变压器的次级线圈是由三个相同的副边线圈组成，在每个副边线圈靠近低压端15%~30%的位置引出一个低压抽头，每个所述低压抽头和与之相应的同线圈的高压端之间连接一个短路保护电路，所述短路保护电路是由所述低压抽头依次与辅助电抗器、短路保护开关、电容器串联并连接所述副边线圈的高压端，组成一个限流回路，所述电容器还与供电开关并联，所述供电开关和所述短路保护开关的共同接点接入供电电路；当所述供电电路发生故障，所述限流回路能够限制故障电流的大小。

进一步，所述的辅助电抗器是一种铁心电抗器。

进一步，所述的供电开关和短路保护开关分别是双投双稳态开关的上开关和下开关。

进一步，所述的短路保护电路还包括一个控制电路，该控制电路由电流采样与变换电路、比较放大电路、运算与选择电路、第一功率放大电路和供电驱动电路依次串联，组成供电监测回路；所述运算与选择电路的输出端同时依次与第二功率放大电路和保护驱动电路串联，组成短路保护触发回路。

进一步，所述低压抽头由所述副边线圈靠近低压端40%的位置引出。

进一步，所述电流采样与变换电路时刻监测供电线路的电流状况，并把交流电流变换成相应直流电流送到比较放大电路，所述比较放大电路将电流放大后送到所述运算与选择电路，所述运算与选择电路判断供电电路是正常状况还是短路故障状态，并有选择性的发出单脉冲信号，若是正常状况，则通过所述第一功率放大电路和所述供电驱动电路驱动相应的所述供电开关闭合进行正常的供电；若是故障状态，则通过所述第二功率放大电路和所述保护驱动电路驱动所述短路保护开关闭合启动相应的所述短路保护电路。

本发明所产生的有益效果如下：

本发明将副边线圈的一部分与电容器和辅助电抗器串联，故障瞬间，电源与故障点之间就相当于加入一个很大阻抗，由此起到限制故障电流的作用，整个过程可在50ms内或更短时间内完成，这就限制了短路电流的生成或防止了故障的扩大。短路保护开关与变压器副边线圈的低压抽头之间接有辅助电抗器，起到限流的作用，提高了变压器的抗短路能力，保护变压器不会受到大电压、大电流的冲击，延长了变压器的寿命。

附图说明

图1为本发明短路限流变压器的保护电路；

图2为本发明a相线路的短路保护支路；

图3为本发明所采用的辅助电抗器的示意图；

图4为本发明所采用的双投双稳态开关；

图5为本发明短路保护电路的控制电路。

图中：1-变压器、2-变压器原边线圈、3-变压器副边线圈、4-短路保护电路、5-短路保护电路、6-短路保护电路、7-供电开关、8-短路保护开关、9-弹簧式活塞型双稳态维持器、10-三线圈电磁机构、11-铁芯、12-线圈、13-电流采样与变换电路、14-比较放大电路、15-运算与选择电路、16-第一功率放大电路、17-供电驱动电路、18-第二功率放大电路、19-保护驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的描述，以便更好的理解本发明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

如图1所示，一种短路故障限流变压器，该限流变压器包括变压器1的变压器原边线圈2、变压器副边线圈3和短路保护电路4，所述的变压器次级线圈是由三个相同的副边线圈a、b、c组成，在三个副边线圈a、b、c靠近低压端40%的位置分别引出一个低压抽头LP-a、LP-b、LP-c，低压抽头LP-a连接一个短路保护电路4，短路保护电路4包括低压抽头LP-a依次与辅助电抗器L1、短路保护开关S2a、电容器C1串联并连接与低压抽头LP-a对应的同线圈的高压端，形成保护支路，电容器C1同时与供电开关S1a并联，供电开关S1a和短路保护开关S2a的共同接点接入供电电路a-out。同样的，低压抽头LP-b连接一个短路保护电路5，短路保护电路5包括低压抽头LP-b依次与辅助电抗器L2、短路保护开关S2b、电容器C2串联并连接与低压抽头LP-b对应的同线圈的高压端，形成保护支路，电容器C2同时与供电开关S1b并联，供电开关S1b和短路保护开关S2b的共同接点接入供电电路b-out。低压抽头LP-c连接一个短路保护电路6，短路保护电路6包括低压抽头LP-c依次与辅助电抗器L3、短路保护开关S2c、电容器C3串联并连接与低压抽头LP-c对应的同线圈的高压端，电容器C3同时与供电开关S1c并联，供电开关S1c和短路保护开关S2c的共同接点接入供电电路c-out，形成保护支路。

如图3所示，辅助电抗器包括铁芯11和线圈12，它的作用是在故障状态下，短路保护开关闭合，串接于自耦公共线圈，又防止故障直接侵入变压器副边线圈低压抽头，图3所示的三组线圈分别对应于辅助电抗器L1、L2和L3。

如图4所示，一体化双投双稳态开关包括三线圈电磁机构10、供电开关7、短路保护开关8和弹簧式活塞型双稳态维持器9。除动作瞬间外不消耗电能，动作速度快，供电开关7和短路保护开关8互相闭锁，结构简单。

如图5所示，控制电路由电流采样与变换电路13、比较放大电路14、运算与选择电路15、控制供电开关7的第一功率放大电路16和供电驱动电路17依次串联，组成供电监测回路；同时在运算与选择电路15的输出端依次与控制短路保护开关8的第二功率放大电路18和保护驱动电路19串联，组成短路保护触发回路。

电流互感器组成的电流采样与变换电路15时刻监视供电线路的电流状况，并把交流电流变换成相应直流电流送到比较放大电路16，将电流放大后送到运算与选择电路17，判断供电电路是正常状况还是短路故障状态，并有选择性的发出单脉冲信号，若是正常状况，则通过第一功率放大电路18和供电驱动电路19驱动供电开关7闭合进行正常的供电；若是故障状态，则通过第二功率放大电路20和保护驱动电路21驱动短路保护开关8闭合启动短路保护电路。

短路保护电路4：

如图2所示，在供电电路a-out无故障时，短路保护开关S2a断开，供电开关S1a闭合，变压器电路正常工作，同时电容器C1被短接，不参与供电工作，此时供电线路正常工作。

在供电电路a-out 发生故障时，供电开关S1a断开，短路保护开关S2a闭合，并经过辅助电抗器L1与变压器副边线圈的低压抽头LP-a连接，电容器C1与变压器绕组构成LC并联电路，这时电源与故障点之间就相当于加入一个很大阻抗，由此起到限制故障电流的作用，整个过程可在50ms内或更短时间内完成，这就限制了短路电流的进一步生成，防止了故障的扩大。

在短路保护开关S2a闭合的时间内，在40%的低电压下，线路故障状态下电流与非故障状态下电流的差别很大，控制电路随时检测电路的故障状态，若检测到故障已经消除，则短路保护开关S2a立即断开，同时供电开关S1a闭合。短路保护开关S2a与变压器副边线圈的低压抽头LP-a之间接有辅助电抗器L1，起到限流的作用，变压器1非常安全。

短路保护开关S2a动作后，在40%的电源电压下，由于供电电路a-out在短路故障下的电流与非故障下的电流差别很大，同时，在低压抽头LP-a电压高低也有很大变化，所以装设在开关外侧线路上的控制电路可随时检测电路状况，决定相应开关的断或合。

短路保护电路5：

在供电电路b-out 无故障时，短路保护开关S2b 断开，供电开关S1b闭合，变压器电路正常工作，同时电容器C2被短接，不参与供电工作，此时供电线路正常工作。

在供电电路b-out 发生故障时，供电开关S1b断开，短路保护开关S2b闭合，并经过辅助电抗器L2与变压器副边线圈的低压抽头LP-b连接，电容器C2与变压器绕组构成LC并联电路，这时电源与故障点之间就相当于加入一个很大阻抗，由此起到限制故障电流的作用，整个过程可在50ms内或更短时间内完成，这就限制了短路电流的生成或防止了故障的扩大。

在短路保护开关S2b闭合的时间内，控制电路随时检测电路的故障状态，若检测到故障已经消除，则短路保护开关S2b立即断开，同时供电开关S1b闭合。短路保护开关S2b与变压器副边线圈的低压抽头LP-b之间接有辅助电抗器L2，起到限流的作用，变压器1非常安全。

短路保护电路6：

在供电电路c-out 无故障时，短路保护开关S2c断开，供电开关S1c闭合，变压器电路正常工作，同时电容器C3被短接，不参与供电工作，此时供电线路正常工作。

在供电电路c-out 发生故障时，供电开关S1c断开，短路保护开关S2c闭合，并经过辅助电抗器L3与变压器副边线圈的低压抽头LP-c连接，电容器C3与变压器绕组构成LC并联电路，这时电源与故障点之间就相当于加入一个很大阻抗，由此起到限制故障电流的作用，整个过程可在50ms内或更短时间内完成，这就限制了短路电流的生成或防止了故障的扩大。

在短路保护开关S2c闭合的时间内，控制电路随时检测电路的故障状态，若检测到故障已经消除，则短路保护开关S2c立即断开，同时供电开关S1c闭合。短路保护开关S2c与变压器副边线圈的低压抽头LP-c之间接有辅助电抗器L3，起到限流的作用，变压器1非常安全。

本发明在无故障发生时变压器可安全正常供电，当线路发生故障时，本发明又可起到故障限流的作用，一旦故障消除，又立刻自动恢复供电。

要说明的是，上述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。

Claims (6)

1.一种短路故障限流变压器，其特征在于，该限流变压器包括变压器和短路保护电路，所述变压器的次级线圈是由三个相同的副边线圈组成，在每个副边线圈靠近低压端15%~30%的位置引出一个低压抽头，每个所述低压抽头和与之相应的同线圈的高压端之间连接一个短路保护电路，所述短路保护电路是由所述低压抽头依次与辅助电抗器、短路保护开关、电容器串联并连接所述副边线圈的高压端，组成一个限流回路，所述电容器还与供电开关并联，所述供电开关和所述短路保护开关的共同接点接入供电电路。

2.根据权利要求1所述的一种短路故障限流变压器，其特征在于，所述的辅助电抗器是一种铁心电抗器。

3.根据权利要求1所述的一种短路故障限流变压器，其特征在于，所述的供电开关和所述短路保护开关分别是双投双稳态开关的上开关和下开关。

4.根据权利要求1所述的一种短路故障限流变压器，其特征在于，所述的短路保护电路还包括一个控制电路，该控制电路由电流采样与变换电路、比较放大电路、运算与选择电路、第一功率放大电路和供电驱动电路依次串联，组成供电监测回路；所述运算与选择电路的输出端同时依次与第二功率放大电路和保护驱动电路串联，组成短路保护触发回路。

5.根据权利要求1所述的一种短路故障限流变压器，其特征在于，所述低压抽头由所述副边线圈靠近低压端40%的位置引出。

6.基于权利要求4所述的一种短路故障限流变压器的故障电流检测方法，其特征在于，所述电流采样与变换电路时刻监测供电线路的电流状况，并把交流电流变换成相应直流电流送到比较放大电路，所述比较放大电路将电流放大后送到所述运算与选择电路，所述运算与选择电路判断供电电路是正常状况还是短路故障状态，并有选择性的发出单脉冲信号，若是正常状况，则通过所述第一功率放大电路和所述供电驱动电路驱动相应的所述供电开关闭合进行正常的供电；若是故障状态，则通过所述第二功率放大电路和所述保护驱动电路驱动所述短路保护开关闭合启动相应的所述短路保护电路。