CN113517103B - 一种新型自驱动模块化高压变阻器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高压输配电装置技术领域，涉及一种新型自驱动模块化高压变阻器。所述的变阻器包括滑动导轨、滑块、高压限流电阻、承接板和续流导轨。所述的新型自驱动模块化高压变阻器左右对称，滑动导轨为倒L字形金属导轨，导轨表面经抛光镀层处理，增强其导电性与滑动接触性。两个滑动导轨通过承接板相连，金属滑块经表面处理后放置于承接板上。所述的承接板采用绝缘材料，起固定和支撑金属滑块作用。本发明在发生故障时，无需检测和控制，就能够及时限制故障电流上升率和故障电流峰值；正常运行时接近零损耗，对系统运行无影响。
Description
技术领域
本发明属于高压输配电装置技术领域，涉及一种新型自驱动模块化高压变阻器。
背景技术
随着全球能源消耗量的大幅增加，电网短路电流也随之迅速增长，很多线路目前或预期的短路水平已接近甚至超过现有断路器遮断容量，严重威胁了电网的稳定安全运行，同时也造成新建发电厂接入系统能力不足，限制了电力系统的发展。交流或直流电力系统，其短路电流产生的根源是阻抗的突降，造成系统阻抗过低，从而造成短路电流超标或者快速上升。
装设故障限流器(fault current limiter，FCL)是限制短路电流的最佳方案，限制短路电流的原理主要是防止系统阻抗过低，及时补偿阻抗的突降。因此FCL一般具备两种形态，在系统正常运行时为低阻抗，避免损耗；发生故障后及时响应，变为高阻抗。因此这种由低阻抗向高阻抗转换的过程，在故障限流领域起着关键的作用。目前的限流器主要是，通过改变线路结构来串联引入大阻抗完成由低阻抗向高阻抗转换的过程从而达到限流目的，一般由低阻抗支路和高阻抗支路并联，能够对故障电流进行换流。在换流过程中，通过快速开关或者电力电子开关来开断低阻抗支路，将故障电流转移到高阻抗支路。换流时其阻抗是突变的，在开断低阻抗支路时，如果等待电流过零，则无法限制短路电流峰值；如果强制故障电流过零(如采用电力电子开关、人工过零回路或熔断器)，又会产生极高的过电压等暂态过程，同样会对系统设备产生严重的冲击，而必须增加回路来处理过电压和涌流，又大大增加了限流器结构的复杂性，同时换流回路本身往往也很复杂，这就提高了成本。
目前的限流器还可以通过改变已经串入线路的元件的阻抗达到限流的目的，其阻抗是逐渐变化的，因此限流过程中不会引起太大的过电压等暂态过程。这种故障限流器要求在线路开断之前能够耐受短路电流，开断之后快速恢复低阻抗。目前的超导体、正温度系数电阻等都具备变阻抗特性，但很难满足实际应用的要求，比如超导材料失超存在安全保护问题，需要复杂的保护回路，影响系统运行的稳定性，而且其需要配套的制冷设备或整流设备，能耗较大。
本专利设计的适用于FCL的新型自驱动模块化高压变阻器，可以避免传统方法的缺陷，无需检测设备实现低阻抗向高阻抗的快速变化。
发明内容
针对目前变阻抗技术在故障限流领域存在的问题，本发明提供了一种能够同时满足有效性、快速性、兼容性、经济型、平稳性和灵活性指标的新型自驱动模块化高压变阻器。
本发明的技术方案如下：
一种新型自驱动模块化高压变阻器，包括滑动导轨、滑块、高压限流电阻、承接板和续流导轨。
所述的新型自驱动模块化高压变阻器左右对称，滑动导轨为倒L字形金属导轨，导轨表面经抛光镀层处理，增强其导电性与滑动接触性。
两个滑动导轨通过承接板相连，金属滑块经表面处理后放置于承接板上。所述的承接板采用绝缘材料，起固定和支撑金属滑块作用。
所述的高压限流电阻多层叠加置于滑动导轨的上端，续流导轨置于相邻高压限流电阻之间。所述续流导轨与滑动导轨材质相同，起导电续流作用。
所述的高压限流电阻采用于高比能的ZnO陶瓷线性电阻，由于ZnO晶粒间的势垒存在，使其只在某一特定方向导电，呈现渗流导电模型。这里ZnO陶瓷限流电阻的上下方向为导电相，四周绝缘。
进一步的，所述的续流导轨、滑动导轨与高压限流电阻的参数匹配：滑块厚度大于高压限流电阻与续流导轨之和，保证滑块在滑动时始终与续流导轨有接触，不会出现断路情况。随着滑块向上滑动，电路中不断串入高压限流电阻模块，实现变阻功能。
进一步的，模块化排布方式：可根据短路电流的大小，增加高压限流电阻与续流导轨模块的串联数量。
进一步的，所述的滑块与滑动导轨之间为了增加滑动接触性能，可以在导轨与滑块间填置导电性润滑剂，包括但不限于液态金属材料。
一种新型自驱动模块化高压变阻器的使用方法，步骤如下
1)正常工作状态时，金属滑块放置在承接板上，滑块受到的电磁力小于滑块的重力，滑块保持静止，导通两侧滑动导轨进而导通主回路。
2)当系统发生短路故障时，短路故障电流迅速上升，滑块受到向上的电磁推力也迅速增大且远大于滑块本身重力，使滑块迅速向上运动。此时电流流通路径为图中箭头所示：滑动导轨—高压限流电阻—续流导轨—金属滑块—续流导轨—高压限流电阻—滑动导轨，即利用短路故障电流产生的电磁力，将高压限流电阻逐段串联进入线路中，无需外力和检测控制单元，实现自检测自启动。
3)当变阻器电阻增大时，故障电流被限流，滑块所受的电磁力变小；同时部分电流转移至电抗器支路，滑块所受到的电磁力进一步减小，当滑块受到的电磁力减小至与重力相等时，滑块不再上升，进入稳态。
当故障排除，系统恢复正常状态时，滑块在重力作用下回到原位。
随着滑块向上滑动，电路中不断串入高压限流电阻模块，实现变阻功能。为了减小正常状态下滑块与导轨的接触电阻，同时为了保证短路故障下滑块的正常滑动，增加滑动接触性能，可以在导轨与滑块间填置导电性润滑剂。
本发明的有益效果是：
(1)发生故障时，无需检测和控制(满足快速性)，就能够及时限制故障电流上升率，和故障电流峰值(满足有效性)；
(2)正常运行时接近零损耗，对系统运行无影响(满足经济性和兼容性)；
(3)由于自驱动变阻器为阻性负载，限流和换流过程中不会产生过电压和涌流(满足稳定性)；
(4)自驱动变阻器便于模块化的串联设计，可以根据应用场合灵活串联(满足灵活性)。
附图说明
图1为新型自驱动模块化高压变阻器结构。
图2是高压变阻器工作原理。
图中：1滑动导轨；2承接板；3滑块；4高压限流电阻；5续流导轨。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
参照图1，所述的滑动导轨1为门字形金属导轨，导轨表面经抛光镀层处理，增强其导电性与滑动接触性。所述续流导轨5与滑动导轨材质相同，起导电续流作用。所述的承接板2采用绝缘材料，起固定和支撑金属滑块作用。金属滑块3放置于承接板2上。4为高压限流电阻，采用高比能ZnO陶瓷线性电阻。
参照图1、图2，工作原理如下：
(1)正常工作状态时，滑动导轨1左右两侧串联介入电力系统主回路中，金属滑块3放置在承接板2上，滑块受到的电磁力小于滑块的重力，滑块保持静止，导通两侧滑动导轨1进而导通主回路。
(2)当系统发生短路故障时，短路故障电流迅速上升，滑块3受到向上的电磁推力也迅速增大且远大于滑块3本身重力，使滑块迅速向上运动。此时电流流通路径为图中箭头所示：滑动导轨1—高压限流电阻4—续流导轨5—金属滑块—续流导轨—高压限流电阻4—滑动导轨1，即利用短路故障电流产生的电磁力，将高压限流电阻逐段串联进入线路中，无需外力和检测控制单元，实现自检测自启动。
(3)当变阻器电阻增大时，故障电流被限流，滑块所受的电磁力变小；同时部分电流转移至电抗器支路，滑块3所受到的电磁力进一步减小，当滑块受到的电磁力减小至与重力相等时，滑块3不再上升，进入稳态。
(4)当故障排除，系统恢复正常状态时，滑块3在重力作用下回到原位。
其中，所述滑块3厚度大于高压限流电阻4与续流导轨5之和，保证滑块在滑动时始终与续流导轨5有接触，不会出现断路情况。随着滑块向上滑动，电路中不断串入高压限流电阻4，实现变阻功能。为了减小正常状态下滑块3与滑动导轨1的接触电阻，同时为了保证短路故障下滑块3的正常滑动，增加滑动接触性能，可以在滑动导轨1与滑块间填置导电性润滑剂。
Claims (5)
1.一种新型自驱动模块化高压变阻器，其特征在于，包括滑动导轨（1）、滑块（3）、高压限流电阻（4）、承接板（2）和续流导轨（5）；
所述的新型自驱动模块化高压变阻器左右对称，滑动导轨（1）为倒L字形金属导轨，导轨表面经抛光镀层处理，增强其导电性与滑动接触性；
两个滑动导轨（1）通过承接板（2）相连，金属滑块（3）经表面处理后放置于承接板（2）上；所述的承接板（2）采用绝缘材料，起固定和支撑金属滑块（3）作用；
所述的高压限流电阻（4）多层叠加置于滑动导轨（1）的上端，续流导轨（5）置于相邻高压限流电阻（4）之间；所述续流导轨（5）与滑动导轨（1）材质相同，起导电续流作用；
所述的高压限流电阻（4）采用高比能的ZnO陶瓷线性电阻，由于ZnO晶粒间的势垒存在，使其只在某一特定方向导电，呈现渗流导电模型；这里ZnO陶瓷限流电阻的上下方向为导电相，四周绝缘。
2.如权利要求1所述的一种新型自驱动模块化高压变阻器，其特征在于，所述的续流导轨（5）、滑动导轨（1）与高压限流电阻（4）的参数匹配：滑块（3）厚度大于高压限流电阻（4）与续流导轨（5）之和，保证滑块（3）在滑动时始终与续流导轨（5）有接触，不会出现断路情况；随着滑块（3）向上滑动，电路中不断串入高压限流电阻（4）模块，实现变阻功能。
3.如权利要求1所述的一种新型自驱动模块化高压变阻器，其特征在于，所述的高压限流电阻（4）之间的模块化排布方式：根据短路电流的大小，增加高压限流电阻（4）与续流导轨（5）模块的串联数量。
4.如权利要求1所述的一种新型自驱动模块化高压变阻器，其特征在于，在导轨与滑块（3）间填置导电性润滑剂。
5.如权利要求1~4任一所述的一种新型自驱动模块化高压变阻器的使用方法，其特征在于，步骤如下：
1）正常工作状态时，金属滑块（3）放置在承接板（2）上，滑块（3）受到的电磁力小于滑块（3）的重力，滑块（3）保持静止，导通两侧滑动导轨（1）进而导通主回路；
2）当系统发生短路故障时，短路故障电流迅速上升，滑块（3）受到向上的电磁推力也迅速增大且远大于滑块（3）本身重力，使滑块（3）迅速向上运动；此时电流流通路径如下所示：滑动导轨（1）—高压限流电阻（4）—续流导轨（5）—金属滑块（3）—续流导轨（5）—高压限流电阻（4）—滑动导轨（1），即利用短路故障电流产生的电磁力，将高压限流电阻（4）逐段串联进入线路中，无需外力和检测控制单元，实现自检测自启动；
3）当变阻器电阻增大时，故障电流被限流，滑块（3）所受的电磁力变小；当滑块（3）受到的电磁力减小至与重力相等时，滑块（3）不再上升，进入稳态；
4）当故障排除，系统恢复正常状态时，滑块（3）在重力作用下回到原位。
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