CN109245076A - 一种快速响应磁控故障限流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速响应磁控故障限流器，属于故障限流器技术领域，包括磁阀式可控电抗器电路、励磁控制电路，所述磁阀式可控电抗器电路包括电源输入端子A1、A2、电抗L1、L31、L32、电抗L22、L21、L4、晶闸管S1、晶闸管S2。本发明快速响应磁控故障限流器不需要使用额外的直流电源，同时具有高可靠和可重复的特点，可以连续承受多次的短路故障，并且损耗低、响应速度快。

Description

一种快速响应磁控故障限流器

技术领域

本发明属于故障限流器技术领域，特别涉及一种快速响应磁控故障限流器。

背景技术

短路是常见的电力系统故障。随着电力系统规模的扩大，短路电流水平也在逐渐上升。电力系统中出现短路时，电流迅速增大，可能损坏电气设备，甚至危害整个电力系统的正常运行，因此需要采取措施限制短路电流。

在线路中加入故障限流器能够有效限制短路电流。限流器在正常工作时呈现低阻抗，对电网输电质量影响小；在短路发生时，限流器的阻抗迅速增加，把限制短路电流限制在一定范围内。

磁阀式可控电抗器是一种用于无功补偿的装置，利用晶闸管的导通角控制绕组中的直流电流，使磁芯部分饱和，从而可以连续地调节装置的阻抗和吸收的无功功率。磁控故障限流器是在磁阀式可控电抗器的基础上改进而成。传统的磁控故障限流器，由于励磁速度很慢，导致限流器的响应速度很慢。

传统磁阀式可控电抗器，主要结构如图1，包含两套匝数为N的绕组，绕在一个四柱磁芯上，端子A1和A2连接交流电网，绕组1和2之间跨接有两个晶闸管S1、S2，跨接部分匝数为δN；绕组1和绕组2的中点跨接有一个续流二极管D，如图1所示。每个磁柱上有三段绕组，因此，可将两个磁柱上的绕组表示为六个电感。在晶闸管S1、S2不导通时，磁芯中仅有交流磁通，磁芯不饱和，因此阻抗最大。在正负半周产生的直流电流方向相同，使磁芯饱和。通过改变晶闸管S1、S2的导通角，能够改变直流控制电流大小，从而改变磁芯的饱和程度，以此调节磁阀式可控电抗器的阻抗；导通角越小，控制电流的直流成分越大，可控电抗器的阻抗越低。这种通过调整晶闸管导通角来控制磁芯饱和程度的方法，响应速度较慢。尤其在退饱和过程中，由于没有反压，直流电流减小非常缓慢，不适合动态响应快的应用场合。而故障限流器，正是需要使用退饱和的过程，因此传统磁阀式可控电抗器不适合故障限流器。

现有的还有一种磁阀式可控电抗器，利用外加直流电源的方式，加快线圈的励磁过程，使得磁芯更快饱和或者退饱和，提高了响应速度。虽然这种方法提高了响应速度，但是额外采用的直流电源增加了系统的复杂性和成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种快速响应磁控故障限流器，本发明的快速响应磁控故障限流器不需要使用额外的直流电源，在电网正常运行时磁芯深度饱和，阻抗低，因此损耗低；在故障时，通过励磁控制电路快速提升阻抗，限制短路电流，响应速度快。

其技术方案如下：

一种快速响应磁控故障限流器，其特征在于，包括磁阀式可控电抗器电路及励磁控制电路，其中，所述磁阀式可控电抗器电路包括电源输入端子A1、A2、电抗L1、L31、L32、电抗L22、L21、L4、晶闸管S1、晶闸管S2，其中，电抗L1、L31、L32串联连接，电抗L1的异名端和L31的同名端的公共连接端接电源连接端子A1，电抗L31和L32的公共连接端接晶闸管S1的阳极，电抗L32的异名端连接电抗L22的异名端，电抗L22、电抗L21、L4串联连接，电抗L4的异名端和L21的同名端的公共连接端接电源连接端子A2，电抗L4的同名端与电抗L1的同名端连接，电抗L22和L21的公共连接端接晶闸管S2的阳极，晶闸管S2的阴极与晶闸管S1的阴极连接，晶闸管S1和S2的公共连接端连接到电抗L1的同名端；励磁控制电路的两个连接端分别与可控电抗器电路晶闸管S1和S2的公共连接端以及电抗L22的异名端连接。

所述励磁控制电路包括限流直流电容C、放电回路、整流电路，其中直流电容与放电回路，整流电路并联。

所述放电回路包括晶体管S4，1个二极管D5以及电阻R，其中电阻R与二极管D5并联再串联连接晶体管S4。

所述整流电路包括二极管D1、D2、D3、D4、晶体管S3，二极管D1、D2、D3、D4构成桥式整流电路，其中，晶体管S3与二极管D4并联。

二极管D2的阳极与二极管D3阴极连接的公共连接端连到晶闸管S1以及晶闸管S2的公共端，并连接到电抗L1的同名端，二极管D1阳极与二极管D4阴极的公共连接端连接到电抗L22的异名端。

正常运行时，晶闸管S1和S2触发，磁芯饱和，电源输入端A1和A2之间处于低阻抗状态，控制电路中晶体管S3导通，电流由晶体管S3和二极管D3续流，不通过电容C，当发生短路故障时，将晶闸管S1、S2、晶体管S3关断，电容接入回路，形成的直流环流对电容充电，使得直流电流迅速减少，同时当直流电容电压达到限值之后开启放电电路，消耗掉电容充电的功率。

有益效果

本发明与现有技术相比有如下优点：

1、本发明的快速响应磁控故障限流器无需额外的直流电源，降低电路复杂度以及成本；

2、在电网正常运行时磁芯深度饱和，阻抗低，因此损耗低；在故障时，通过励磁控制电路快速提升阻抗，限制短路电流，响应速度快；

3、因为只需要限制故障电流幅度，本快速响应磁控故障限流器的在系统短路故障时呈现的阻抗远小于普通磁控电抗器的空载阻抗，因此可以减小绕组的匝数和磁芯的体积，因此成本较低；

4、本快速响应磁控故障限流器具有高可靠和可重复的特点，可以连续承受多次的短路故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中磁阀式可控电抗器的电路图；

图2为本发明快速响应磁控故障限流器的电路结构图；

图3为本发明快速响应磁控故障限流器的快速退饱和等效电路；

图4为本发明快速响应磁控故障限流器的典型应用图；

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，本发明的一种快速响应磁控故障限流器。

快速响应磁控故障限流器包括磁阀式可控电抗器电路及励磁控制电路，其中，所述磁阀式可控电抗器电路包括电源输入端子A1、A2、电抗L1、L31、L32、电抗L22、L21、L4、晶闸管S1、晶闸管S2，其中，电抗L1、L31、L32串联连接，电抗L1和L31的公共连接端接电源连接端子A1，电抗L31和L32的公共连接端接晶闸管S1的阳极，电抗L32的异名端连接电抗L22的异名端，电抗L22、电抗L21、L4串联连接，电抗L4和L21的公共连接端接电源连接端子A2，电抗L4的同名端与电抗L1的同名端连接，电抗L22和L21的公共连接端接晶闸管S2的阳极，晶闸管S2的阴极与晶闸管S1的阴极连接，晶闸管S1和S2的公共连接端连接到电抗L1的同名端；励磁控制电路的两个连接端分别与可控电抗器电路晶闸管S1和S2的公共连接端以及电抗L22的异名端连接。

所述励磁控制电路包括限流直流电容C、整流电路、放电回路，其中直流电容C与放电回路，整流电路并联连接。

所述放电回路包括晶体管S4，1个二极管D5以及电阻R，其中电阻R与二极管D5并联再串联连接晶体管S4。

所述整流电路包括二极管D1、D2、D3、D4、晶体管S3，二极管D1、D2、D3、D4构成桥式整流电路，其中，晶体管S3与二极管D4并联。

二极管D2的阳极与二极管D3阴极连接的公共端连到晶闸管S1以及晶闸管S2的公共端，并连接到电抗L1的同名端，二极管D1阳极与二极管D4阴极的公共连接端连接到电抗L22的异名端。

如图3所示，本发明快速响应磁控故障限流器的快速退饱和等效电路图，其中包含有idc1、idc2的电流方向。

正常运行时，按照传统可控电抗器工作原理，S1和S2触发，磁芯饱和，A1和A2之间处于低阻抗状态，控制电路的S3导通，电流由S3和D3续流，不通过电容。

当发生短路故障时，将晶闸管S1、S2、晶体管S3关断，电容接入回路。此时等效电路如图3所示，直流环流对电容C充电，使得直流电流迅速减少。同时当直流电容电压达到限值之后开启放电电路，消耗掉电容充电的功率。

快速响应磁控故障限流器的典型应用如图4所示，串联在供电回路中。其励磁控制要求是：正常工作时，磁芯饱和，交流端子A1和A2之间保持低阻抗，不影响正常供电；当短路故障出现时，磁芯退出饱和，A1和A2之间呈现高电感，限制故障电流。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变换或改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种快速响应磁控故障限流器，其特征在于，包括磁阀式可控电抗器电路、励磁控制电路，其中，所述磁阀式可控电抗器电路包括电源输入端子A1、A2、电抗L1、L31、L32、电抗L22、L21、L4、晶闸管S1、晶闸管S2，其中，电抗L1、L31、L32串联连接，电抗L1的异名端和L31同名端的公共连接端接电源连接端子A1，电抗L31和L32的公共连接端接晶闸管S1的阳极，电抗L32的异名端连接电抗L22的异名端，电抗L22、电抗L21、L4串联连接，电抗L4的异名端和L21的同名端的公共连接端接电源连接端子A2，电抗L4的同名端与电抗L1的同名端连接，电抗L22和L21的公共连接端接晶闸管S2的阳极，晶闸管S2的阴极与晶闸管S1的阴极连接，晶闸管S1和S2的公共连接端连接到电抗L1的同名端；励磁控制电路的两个连接端分别与可控电抗器电路晶闸管S1和S2的公共连接端以及电抗L22的异名端连接。

2.根据权利要求1所述的快速响应磁控故障限流器，所述励磁控制电路包括限流直流电容C、放电回路、整流电路，其中直流电容C与放电回路，整流电路并联连接。

3.根据权利要求2所述的快速响应磁故障限流器，所述放电回路包括晶体管S4，1个二极管D5以及电阻R，其中电阻R与二极管D5并联再串联连接晶体管S4。

4.根据权利要求3所述的快速响应磁故障限流器，所述整流电路包括二极管D1、D2、D3、D4、晶体管S3，二极管D1、D2、D3、D4构成桥式整流电路，其中，晶体管S3与二极管D4并联。

5.根据权利要求4所述的快速响应磁控故障限流器，二极管D2的阳极与二极管D3阴极的公共连接端连到晶闸管S1以及晶闸管S2的公共端，并连接到电抗L1的同名端，二极管D1的阳极与二极管D4的阴极的公共连接端连接到电抗L22的异名端。

6.根据权利要求1所述的快速响应磁控故障限流器的故障限流方法，正常运行时，晶闸管S1和S2触发，磁芯饱和，电源输入端A1和A2之间处于低阻抗状态，控制电路中晶体管S3导通，电流由晶体管S3和二极管D3续流，不通过电容C，当发生短路故障时，将晶闸管S1、S2、晶体管S3关断，电容接入回路，形成的直流环流对电容充电，使得直流电流迅速减少，同时当直流电容电压达到限值之后开启放电电路，消耗掉电容充电的功率。