CN108649549A - 一种磁通约束型限流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁通约束型限流装置，其包括电感线圈电路组、第一电阻片和第二电阻片；所述第二电阻片并联于所述电感线圈电路组；所述电感线圈电路组包括相互串联的空心电感线圈电路组和铁芯电感线圈电路组，所述第一电阻片并联于所述空心电感线圈电路组；所述空心电感线圈电路组包括至少两组相互并联的空心电感线圈电路，所述空心电感线圈电路包括相互串联的空心电感线圈和快速开关；所述铁芯电感线圈电路组包括至少一组铁芯电感线圈电路；所述铁芯电感线圈电路包括互相并联的铁芯电感线圈和快速开关。通过本技术方案，可以使得该装置降低制造成本且便于应用。

Description

一种磁通约束型限流装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种磁通约束型限流装置。
背景技术
以下陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。
故障电流限制器的概念于上世纪年代首先提出，其基本思想为快速检测即将出现的短路电流峰值，并提前采取措施将其限定在较低水平，以满足已有断路器在不超过其切断能力的前提下切断短路故障，这是一种串联接在系统中的电气设备，在系统正常运行时它呈现出较低阻抗，在故障运行时转而呈现高阻抗以进行限流操作。
磁通约束型限流器作为一种新型限流设备，磁通约束型限流器的结构简单，体积小，损耗低的特点成功弥补了断路器的不足。系统发生短路故障后，限流器呈现的限流阻抗抑制了短路大电流，可以从根本上解决系统短路电流水平超标问题，从而大大简化系统规划的难度。
但是，现有的磁通约束型限流器结构较为复杂，制造成本较高，不利于工程化应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明所实现的技术目的是提供一种结构简单，制造成本较低，便于应用的磁通约束型限流装置。
为达到上述技术目的，本发明所采用的技术方案内容具体如下：
一种磁通约束型限流装置，其包括电感线圈电路组、第一电阻片和第二电阻片；所述第二电阻片并联于所述电感线圈电路组；
所述电感线圈电路组包括相互串联的空心电感线圈电路组和铁芯电感线圈电路组，所述第一电阻片并联于所述空心电感线圈电路组；
所述空心电感线圈电路组包括至少两组相互并联的空心电感线圈电路，所述空心电感线圈电路包括相互串联的空心电感线圈和快速开关；
所述铁芯电感线圈电路组包括至少一组铁芯电感线圈电路；所述铁芯电感线圈电路包括互相并联的铁芯电感线圈和快速开关。
为使得磁通约束型限流装置结构简单且能有效实现快速开断条件，在本技术方案中，发明人在该装置中采用加入了第一电阻片和第二电阻片的技术方案，当发生短路故障时，迅速断开空心电感线圈电路组中的快速开关。与电阻片相比的磁通约束型限流装置结构相比，空心电感线圈电路组中的快速开关因为有第一电阻片结构，使其开断时断口电压受到电阻片钳位，断口电压峰值更小，由此降低快速开关开断条件，减少开关开断容量，大大降低快速开关制造成本，从而降低了整个磁通约束型限流装置的制造成本，而且适用效果好。
优选地，所述空心电感线圈电路组包括两组相互并联的空心电感线圈电路，分别为第一空心电感线圈电路和第二空心电感线圈电路；所述第一空心电感线圈电路包括第一空心电感线圈和第一快速开关；所述第二空心电感线圈电路包括第二空心电感线圈和第二快速开关。
更优选地，所述铁芯电感线圈电路组包括一组铁芯电感线圈电路；所述铁芯电感线圈电路包括互相并联的铁芯电感线圈和第三快速开关。
需要说明的是，所述空心电感线圈的作用是在电力系统发生短路时，限制短路电流大小；第一快速开关是辅助开关，其作用是当电力系统发生严重雷击过电压时，采取本发明的控制方法后还不能限制短路电流至一定值，断开第一快速开关，切断线路供电；第二快速开关是主开关，其作用是短路发生时断开，为线路串联一个限流电抗器，限制短路电流；所述铁芯电感线圈的作用是发生雷击过电压时，限制由于雷击过电压引起的短路电流；第三快速开关的作用是电力系统正常时闭合，电力线路不投入铁芯电感线圈，当雷击过电压故障发生时，投入空心电抗器后还不能将短路电流限制到一定数值，断开第三开关为系统投入一个较大电抗值的铁芯电管线圈，进一步限制短路电流大小；第二电阻片的作用是限制过电压的大小。
更优选地，所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈绕向方向相反。
需要说明的是，将空心电感线圈电路组设置为两组，且所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈绕向方向相反的原因是：在正常时并联的空心电感线圈相互耦合，绕向相反，电感磁通绝大部分相互抵消，对系统呈现很小的漏抗；故障发生时，断开第二开速开关，原先相互耦合的电抗器失去一臂，耦合作用消失，对系统呈现很大的电抗，可快速限制短路电流。
优选地，所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈匝数相同。
需要说明的是，所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈匝数相同的作用在于正常运行时，可减小对电力系统呈现的漏抗值，降低系统损耗，降低对电力系统的影响。
优选地，所述电阻片是金属氧化物电阻片。
需要说明的是，作为优选地实施方式，所述电阻片采用金属氧化物电阻片，相较于其他材质，在本结构中采用金属氧化物电阻片的有益效果在于可以钳制快速开关两端的电压值，通过保护快速开关，使本发生装置的使用寿命延长。
更优选地，所述金属氧化物电阻片的材质是氧化锌。
在更进一步的优选中，所述金属氧化物电阻片为氧化锌避雷器；采用该材质的电阻片，其有益效果在于可以极短时间动作，将过电压限制到一定水平，起到保护快速开关的作用。
优选地，所述相互并联的空心电感线圈是紧耦合电抗器。
需要说明的是，采用紧耦合电抗器的有益效果在于正常时呈现极小漏抗，降低对系统影响，短路发生时呈现很大的电抗，限制短路电流至一定数值；另一方面，在正常运行情况下，紧耦合电抗器同流为线路电流的一半，降低材料用量，降低制造成本。
更优选地，所述紧耦合电抗器的互感系数大于0.98。
需要说明的是，所述紧耦合电抗器的互感系数大于0.98的有益效果在于正常运行时，对系统只呈现不大于单臂电抗器0.01倍的电抗值，减小限制装置在正常运行时对系统的影响，提高设备的使用寿命，提高设备运行可靠性。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的磁通约束型限流装置，其结构原理简单，便于实现，也能降低制造成本，提高装置的经济性；
2、本发明的磁通约束型限流装置，所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈绕向方向相反，这样在正常时，对系统呈现较小的漏抗，降低系统损耗，降低对电力系统的影响；而在发生短路时，为电力系统提供较大的电抗，限制短路电流，使得能快速限制短路电流，提高效率；
3、本发明的磁通约束型限流装置，所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈匝数相同，通过该设置，在正常运行时，可减小对电力系统呈现的漏抗值，降低系统损耗，降低对电力系统的影响，提高系统的使用寿命和可靠性；
4、本发明的磁通约束型限流装置，所述电阻片采用金属氧化物电阻片，相较于其他材质，可以钳制快速开关两端的电压值，通过保护快速开关，使本发生装置的使用寿命延长；
5、本发明的磁通约束型限流装置，空心电感线圈是紧耦合电抗器，这样在正常运行情况下，紧耦合电抗器同流为线路电流的一半，降低材料用量，提高经济性；
6、本发明的磁通约束型限流装置，所述紧耦合电抗器的互感系数大于0.98这样对系统只呈现不大于单臂电抗器0.01倍的电抗值，减小限制装置在正常运行时对系统的影响，提高设备的使用寿命，提高设备运行可靠性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明中磁通约束型限流装置一种优选实施方式的拓扑结构图；
图2为图1装置结构中发生短路时短路电流流过路径示意图；
图3为图1装置结构中由于雷击过电压导致短路时短路电流流过路径示意图；
图4为没有安装本发明中磁通约束型限流装置而发生短路时的电压电流图；
图5为安装本发明中磁通约束型限流装置后而发生短路时的电压电流图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
实施例1
一种磁通约束型限流装置，其包括电感线圈电路组、第一电阻片和第二电阻片；所述第二电阻片并联于所述电感线圈电路组；
所述电感线圈电路组包括相互串联的空心电感线圈电路组和铁芯电感线圈电路组，所述第一电阻片并联于所述空心电感线圈电路组；
所述空心电感线圈电路组包括至少两组相互并联的空心电感线圈电路，所述空心电感线圈电路包括相互串联的空心电感线圈和快速开关；
所述铁芯电感线圈电路组包括至少一组铁芯电感线圈电路；所述铁芯电感线圈电路包括互相并联的铁芯电感线圈和快速开关。
以上是本技术方案的基础实施方式。在本技术方案中，发明人在该装置中采用加入了第一电阻片和第二电阻片的技术方案，当发生短路故障时，迅速断开空心电感线圈电路组中的快速开关。与电阻片相比的磁通约束型限流装置结构相比，空心电感线圈电路组中的快速开关因为有第一电阻片结构，使其开断时断口电压受到电阻片钳位，断口电压峰值更小，由此降低快速开关开断条件，能有效实现快速开断条件；而且减少开关开断容量，大大降低快速开关制造成本，从而降低了整个磁通约束型限流装置的制造成本，而且适用效果好。
实施例2
本实施例是在结合上述实施例1基础实施方式的情况下的一些优选实施方式，以下实施方式可以单独实施也可以结合实施，在不违反工作原理的情况下视具体需要而定。
在第一个方面，所述空心电感线圈电路组包括两组相互并联的空心电感线圈电路，分别为第一空心电感线圈电路和第二空心电感线圈电路；所述第一空心电感线圈电路包括第一空心电感线圈和第一快速开关；所述第二空心电感线圈电路包括第二空心电感线圈和第二快速开关。
结合上述第一个方面，在另一个方面中，所述铁芯电感线圈电路组包括一组铁芯电感线圈电路；所述铁芯电感线圈电路包括互相并联的铁芯电感线圈和第三快速开关。
所述空心电感线圈的作用是在电力系统发生短路时，限制短路电流大小；第一快速开关是辅助开关，其作用是当电力系统发生严重雷击过电压时，采取本发明的控制方法后还不能限制短路电流至一定值，断开第一快速开关，切断线路供电；第二快速开关是主开关，其作用是短路发生时断开，为线路串联一个限流电抗器，限制短路电流；所述铁芯电感线圈的作用是发生雷击过电压时，限制由于雷击过电压引起的短路电流；第三快速开关的作用是电力系统正常时闭合，电力线路不投入铁芯电感线圈，当雷击过电压故障发生时，投入空心电抗器后还不能将短路电流限制到一定数值，断开第三开关为系统投入一个较大电抗值的铁芯电管线圈，进一步限制短路电流大小；第二电阻片的作用是限制过电压的大小。
结合上述第一个方面，在另一个方面中，所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈绕向方向相反。将空心电感线圈电路组设置为两组，且所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈绕向方向相反的原因是：在正常时并联的空心电感线圈相互耦合，绕向相反，电感磁通绝大部分相互抵消，对系统呈现很小的漏抗；故障发生时，断开第二开速开关，原先相互耦合的电抗器失去一臂，耦合作用消失，对系统呈现很大的电抗，可快速限制短路电流。
在第二个方面中，所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈匝数相同。所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈匝数相同的作用在于正常运行时，可减小对电力系统呈现的漏抗值，降低系统损耗，降低对电力系统的影响。
在第三个方面中，所述电阻片是金属氧化物电阻片。作为优选地实施方式，所述电阻片采用金属氧化物电阻片，相较于其他材质，在本结构中采用金属氧化物电阻片的有益效果在于可以钳制快速开关两端的电压值，通过保护快速开关，使本发生装置的使用寿命延长。在更具体的一些优选方式中，所述金属氧化物电阻片的材质是氧化锌。具体地，所述金属氧化物电阻片可以为氧化锌避雷器；采用该材质的电阻片，其有益效果在于可以极短时间动作，将过电压限制到一定水平，起到保护快速开关的作用。
在第四个方面中，所述相互并联的空心电感线圈是紧耦合电抗器。采用紧耦合电抗器的有益效果在于正常时呈现极小漏抗，降低对系统影响，短路发生时呈现很大的电抗，限制短路电流至一定数值；另一方面，在正常运行情况下，紧耦合电抗器同流为线路电流的一半，降低材料用量，降低制造成本。
结合上述第四个方面，在另一个方面中，所述紧耦合电抗器的互感系数大于0.98。所述紧耦合电抗器的互感系数大于0.98的有益效果在于正常运行时，对系统只呈现不大于单臂电抗器0.01倍的电抗值，减小限制装置在正常运行时对系统的影响，提高设备的使用寿命，提高设备运行可靠性。
以下结合一具体的实施方式，对上述方案的工作过程予以更详细地说明。
磁通约束型限流装置拓扑结构图如图1所示，本实施例将磁通约束型限流装置运用到220kV电力系统中，单相电压为127kV，电源等效电阻为0.25274欧姆，空心线圈电抗器为5.4mH，互感系数0.98；互感5.292mH，磁通约束型限流装置正常运行呈现的漏感为54uH。
所述磁通约束型限流装置采集到短路电流信号后，5ms后断开第二快速开关主开关；5ms后短路电流若超过保护设定值，断开第三快速开关；若5ms后短路电流若依然超过保护设定值，断开第一快速开关，切断线路供电。图2为本发明中磁通约束型限流装置发生短路时短路电流流过路径，磁通约束型限流装置能将短路电流从50kA限制到30kA。
所述磁通约束型限流装置能接受电力系统控制指令，开展系统重合闸，重合闸时，第一、第二和第三快速开关闭合，磁通约束型限流装置采集系统电流，电流正常则重合闸成功。
本发明中，在所述的磁通约束型限流装置中，短路故障时，5ms后断开第二快速开关主开关，与开关无金属氧化物电阻片相比，第二快速开关因为有第一金属氧化物电阻片结构，使其开断时断口电压受到金属氧化物电阻片钳位，断口电压峰值更小，由此降低快速开关开断条件，较小开关开断容量，大大降低开关制造成本。5ms后短路电流若超过保护设定值，断开第三快速开关；若5ms后短路电流若依然超过保护设定值，断开第一快速开关，切断线路供电。
图3为本发明中磁通约束型限流装置由于雷击过电压导致短路时短路电流流过路径，本发明中磁通约束型限流装置能限制由于雷击过电压导致短路时的短路电流。
图4为没有安装本发明中磁通约束型限流装置发生短路时的三相电压电流图。图5为安装本发明中磁通约束型限流装置发生短路时的三相电压电流图。通过图4和图5对比，可以看出是否安装有该装置情况下，电流Ia、Ib和Ic与其所对应的Ua、Ub和Uc的区别，图5中的三路电流幅度更小，即表示安装本发明中的磁通约束型限流装置后可以有效地限制短路电流。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种磁通约束型限流装置，其特征在于，其包括电感线圈电路组、第一电阻片和第二电阻片；所述第二电阻片并联于所述电感线圈电路组；
所述电感线圈电路组包括相互串联的空心电感线圈电路组和铁芯电感线圈电路组，所述第一电阻片并联于所述空心电感线圈电路组；
所述空心电感线圈电路组包括至少两组相互并联的空心电感线圈电路，所述空心电感线圈电路包括相互串联的空心电感线圈和快速开关；
所述铁芯电感线圈电路组包括至少一组铁芯电感线圈电路；所述铁芯电感线圈电路包括互相并联的铁芯电感线圈和快速开关。
2.如权利要求1所述的磁通约束型限流装置，其特征在于，所述空心电感线圈电路组包括两组相互并联的空心电感线圈电路，分别为第一空心电感线圈电路和第二空心电感线圈电路；所述第一空心电感线圈电路包括第一空心电感线圈和第一快速开关；所述第二空心电感线圈电路包括第二空心电感线圈和第二快速开关。
3.如权利要求2所述的磁通约束型限流装置，其特征在于，所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈绕向方向相反。
4.如权利要求3所述的磁通约束型限流装置，其特征在于，所述铁芯电感线圈电路组包括一组铁芯电感线圈电路；所述铁芯电感线圈电路包括互相并联的铁芯电感线圈和第三快速开关。
5.如权利要求1所述的磁通约束型限流装置，其特征在于，所述相互并联的空心电感线圈电路中的空心电感线圈匝数相同。
6.如权利要求1所述的磁通约束型限流装置，其特征在于，所述电阻片是金属氧化物电阻片。
7.如权利要求6所述的磁通约束型限流装置，其特征在于，所述金属氧化物电阻片的材质是氧化锌。
8.如权利要求1所述的磁通约束型限流装置，其特征在于，所述相互并联的空心电感线圈是紧耦合电抗器。
9.如权利要求8所述的磁通约束型限流装置，其特征在于，所述紧耦合电抗器的互感系数大于0.98。
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