CN111431153A - 一种经济型桥式故障限流器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种经济型桥式故障限流器。包括耦合电抗器和故障限流桥路；故障限流桥路是由单相整流桥路和直流电抗器构成，单相整流桥路由四个晶闸管组成或由两个晶闸管和两个二极管组成，直流电抗器并接在单相整流桥路的直流输出端；耦合电抗器是由两套相反方向绕制的绕组同心布置构成，其中一个绕组与故障限流桥路的交流侧串联后再与另一个绕组并联，且两个绕组之间通过异名端相连。本发明有效降低了限流器正常运行时对系统影响，提高了限流器故障限流响应速度，并提高了限流器的经济型和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及了一种桥式限流器，尤其是涉及了一种经济型桥式故障限流器，属于高压电网故障电流限制技术领域。
背景技术
随着电网规模及互联水平的不断提高，厂站之间的电气距离明显缩短，高低压系统间的电磁环网增多，从而使系统阻抗不断下降，导致系统短路电流水平不断攀升。由于系统短路电流具有以上严重危害性，研究各种短路限流技术的任务显得十分迫切，同时也成为目前国内外电力系统领域内的研究热点。
为了有效限制不断增加的短路电流，保障系统的安全可靠运行，各种基于新型电力电子器件、新材料及计算机控制技术的故障限流器相继出现并得到不断发展。目前，有两大类故障限流器——超导故障限流器及固态限流器成为研究热点。超导限流器可按照超导材料的工作特性限制短路电流，但目前仍然受到超导材料电压等级、容量、散热、铁芯体积及成本的限制，目前大多仍处在试验室样机阶段。固态限流器由常规电抗器、电子电子器件和控制器构成，可以根据需要构成不同拓扑结构，通过控制电子电子器件的工作状态，来改变固态限流器件的等效阻抗，从而达到限制短路电流的目的。目前常见的固态限流器有谐振式、可变阻抗式、桥式等几类，谐振式和可变阻抗式固态限流器需要控制器需要具有极快的故障判别和动作响应速度，否则将严重影响到限流效果和系统的安全稳定性能，且当故障发生限流器动作时，往往存在较大的暂态振荡过压过流，对装置中器件的安全性能造成威胁。
固态限流器则克服了上述谐振式和可变阻抗式限流器的缺点，短路故障发生时，可无延时插入系统限制短路电流，且不产生暂态振荡过电压和过电流，但桥路需要通过正常运行时全部的额定电流及限流过程中几乎全部的短路电流，这对桥路换流器件及直流电抗器的通流容量、热稳定性要求比较高，这无疑增加了整套装置体积、成本，并降低了其工作可靠性。
发明内容
本发明针对现有故障限流器技术的不足和问题，提出了一种经济型桥式故障限流器，有效降低了限流器正常运行时对系统影响，提高了限流器故障限流响应速度，并提高了限流器的经济型和可靠性。
本发明所采用的技术方案是：
本发明包括耦合电抗器和故障限流桥路。
故障限流桥路，是由单相整流桥路和直流电抗器构成，单相整流桥路由四个晶闸管组成或由两个晶闸管和两个二极管组成，直流电抗器并接在单相整流桥路的直流输出端；
耦合电抗器，是由两套相反方向绕制的绕组同心布置构成，其中一个绕组与故障限流桥路的交流侧串联后再与另一个绕组并联，且两个绕组之间通过异名端相连。
所述的桥式故障限流器串接于系统电源和负荷之间。
当单相整流桥路由四个晶闸管组成时，其中两个晶闸管同向串联后并联到直流电抗器的两端，另外两个晶闸管也同向串联后并联到直流电抗器的两端，第一绕组的同名端连接到其中两个晶闸管之间，第一绕组和第二绕组的异名端相连后连接到系统电源，第二绕组的同名端连接到另外两个晶闸管之间并同时连接到负荷。
当单相整流桥路由两个晶闸管和两个二极管组成时，其中两个晶闸管同向串联后并联到直流电抗器的两端，另外两个二极管同向串联后并联到直流电抗器的两端，第一绕组的同名端连接到两个晶闸管之间，第一绕组和第二绕组的异名端相连后连接到系统电源，第二绕组的同名端连接到两个二极管之间并同时连接到负荷。
所述的绕组结构采用空心或铁芯式。
当系统正常运行，限流器呈现低阻抗，对系统影响可忽略不计。当系统发生短路故障时，故障限流桥路无延时自动限流，并在系统故障后半个周波内关断，由耦合电抗器第二绕组构成的等效电抗器将故障电流限制到预设值以内。
本发明由耦合电抗器和故障限流桥路组成的经济型桥式故障限流器，构成新型拓扑结构，产生如下有益效果：
1、在系统正常运行时呈现低阻抗、电压损耗可视为零，对系统的影响可以忽略；
2、本发明通过耦合电抗器与故障限流桥路的配合，在系统发生短路故障时，限流器可瞬时响应，故障限流桥路中直流电抗器无延时插入限制短路电流，允许监控系统动作有适当延时。
3、通过耦合电抗器两套绕组的分流作用，可大幅降低故障限流桥路中晶闸管或二极管的通流容量、热稳定性要求及直流电抗器电抗值及其动热稳定性要求；另外故障限流桥路中电力电子器件全部采用晶闸管或二极管，其国产化率较高且成本较低。这样非常利于降低装置整体的体积、成本，整套装置经济型得到较大提升，非常适合于高压电网中的限流应用
附图说明
图1为本发明经济型桥式故障限流器拓扑结构第一种实施例图；
图2为本发明经济型桥式故障限流器拓扑结构第二种实施例图。
具体实施方式
本发明的具体实施情况如下。
如图1、图2所示，具体实施的桥式故障限流器包括耦合电抗器和故障限流桥路；桥式故障限流器串接于系统电源和负荷之间。
故障限流桥路，是由单相整流桥路和直流电抗器构成，单相整流桥路由四个晶闸管T1,T2,T3,T4组成或由两个晶闸管T1,T2和两个二极管D1,D2组成，直流电抗器Ld并接在单相整流桥路的直流输出端。
耦合电抗器，是由两套相反方向绕制的绕组L1、L2同心布置构成，绕组L1、L2结构采用空心或铁芯式。其中一个绕组与故障限流桥路的交流侧串联后再与另一个绕组并联，且两个绕组之间通过异名端相连。图1和图2中，两套绕组中第一套绕组自感为L1，第二套绕组自感为L2，第一套绕组和第二套绕组的互感为M，M表示两个绕组的互感。
如图1所示，一种实施例是，当单相整流桥路由四个晶闸管T1,T2,T3,T4组成时，其中两个晶闸管T1,T2同向串联后作为交流侧并联到直流电抗器Ld的两端，另外两个晶闸管T3,T4也同向串联后作为直流侧并联到直流电抗器Ld的两端，第一绕组L1的一端连接到其中两个晶闸管T1,T2之间，第一绕组L1和第二绕组L2的异名端相连后连接到系统电源，第二绕组L2的另一端连接到另外两个晶闸管T3,T4之间并同时连接到负荷。
如图2所示，另一种实施例是，当单相整流桥路由两个晶闸管T1,T2和两个二极管D1,D2组成时，其中两个晶闸管T1,T2同向串联后作为交流侧并联到直流电抗器Ld的两端，另外两个二极管D1,D2同向串联后作为直流侧并联到直流电抗器Ld的两端，第一绕组L1的一端连接到两个晶闸管T1,T2之间，第一绕组L1和第二绕组L2的异名端相连后连接到系统电源，第二绕组L2的另一端连接到两个二极管D1,D2之间并同时连接到负荷。
本发明中，由于耦合电抗器的两套同心绕组反向绕制，一侧异名端相连，当系统正常运行，由于耦合电抗器中两套绕组反向绕制且同心安装，通过通方向电流时所产生的磁场方向相反而相互抵消，两套绕组均呈低阻抗，其电压降很小可忽略不计；同时在系统正常运行时，故障限流桥路中直流电抗器电流基本恒等于桥路交流侧交流电流幅值，直流电抗器端电压及桥路交流侧端电压降也可视为零。综上所述，在系统处于正常运行状态时，该限流器呈现低阻抗，对系统的影响可忽略不计。
当系统发生短路故障时，故障限流桥路中直流电抗器(Ld)无延时自动插入，限制短路电流的上升及其幅值。当限流器监控系统监测到故障后，封锁故障整流桥路中所有晶闸管触发脉冲，桥路中晶闸管可在系统发生短路故障后半个周波内过零关断，此时与故障限流桥路串联的耦合电抗器第一绕组断开，限流器可等效为由耦合电抗器第二套绕组构成的电抗器，并将系统故障电流限制到预设值以内。在上述限流过程中，由于在系统故障时刻故障限流桥路中直流电抗器的无延时插入限流，监控系统则允许有一定的响应延迟，确保桥路晶闸管在系统故障后半个周波内关断即可，在较大程度上提高了限流器的动作可靠性。
本发明中当系统正常运行时，与耦合电抗器第一套绕组串联的故障限流桥路仅通过由耦合电抗器第一、二套绕组分流后的系统电流，而不通过全部系统电流。在设计中，耦合电抗器第一套绕组的匝数可适当大于第二套绕组，从使流过第一套绕组及故障限流桥路的电流小于系统电流的一半。当系统发生短路故障时，系统故障电流大部分通过耦合电抗器第二套绕组，通过桥路的故障电流较小，这样大大减小了对故障限流桥路中晶闸管通流容量、热稳定性的要求及直流电抗器电抗值及其动热稳定性的要求，提高了整套装置的经济型和可靠性。
Claims (5)
1.一种经济型桥式故障限流器，其特征在于：包括耦合电抗器和故障限流桥路；
故障限流桥路，是由单相整流桥路和直流电抗器构成，单相整流桥路由四个晶闸管(T1,T2,T3,T4)组成或由两个晶闸管(T1,T2)和两个二极管(D1,D2)组成，直流电抗器(Ld)并接在单相整流桥路的直流输出端；
耦合电抗器，是由两套相反方向绕制的绕组(L1、L2)同心布置构成，其中一个绕组与故障限流桥路的交流侧串联后再与另一个绕组并联，且两个绕组之间通过异名端相连。
2.根据权利要求1所述的一种经济型桥式故障限流器，其特征在于：
所述的桥式故障限流器串接于系统电源和负荷之间。
3.根据权利要求1所述的一种经济型桥式故障限流器，其特征在于：
当单相整流桥路由四个晶闸管(T1,T2,T3,T4)组成时，其中两个晶闸管(T1,T2)同向串联后并联到直流电抗器(Ld)的两端，另外两个晶闸管(T3,T4)也同向串联后并联到直流电抗器(Ld)的两端，第一绕组(L1)的同名端连接到其中两个晶闸管(T1,T2)之间，第一绕组(L1)和第二绕组(L2)的异名端相连后连接到系统电源，第二绕组(L2)的同名端连接到另外两个晶闸管(T3,T4)之间并同时连接到负荷。
4.根据权利要求1所述的一种经济型桥式故障限流器，其特征在于：
当单相整流桥路由两个晶闸管(T1,T2)和两个二极管(D1,D2)组成时，其中两个晶闸管(T1,T2)同向串联后并联到直流电抗器(Ld)的两端，另外两个二极管(D1,D2)同向串联后并联到直流电抗器(Ld)的两端，第一绕组(L1)的同名端连接到两个晶闸管(T1,T2)之间，第一绕组(L1)和第二绕组(L2)的异名端相连后连接到系统电源，第二绕组(L2)的同名端连接到两个二极管(D1,D2)之间并同时连接到负荷。
5.根据权利要求1所述的一种经济型桥式故障限流器，其特征在于：
所述的绕组(L1、L2)结构采用空心或铁芯式。
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