CN202663104U - 短路电流限流装置 - Google Patents

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陈迅
陈柏超
田翠华
袁佳歆
孙闻
范旭娟
王朋
曾永胜
张晨萌
汪一雄
岳梦奎
程翔
刘亮
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Wuhan University WHU
Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
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WUHAN HIGH VOLTAGE CO Ltd
Wuhan University WHU
Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
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Abstract

本实用新型提供一种短路电流限流装置,包括:交流工作绕组、铁芯、直流工作绕组、直流偏置电源以及限流电感;其中,所述交流工作绕组连接在输电线路上,所述铁芯设于所述交流工作绕组与所述直流工作绕组之间,所述直流工作绕组、限流电感以及直流偏置电源串联连接构成直流偏置回路。上述短路电流限流装置,基于磁饱和原理工作的,通过控制铁芯的饱和程度以控制装置的“闭”与“合”,并通过将限流电感接入短路回路来限制短路电流,只需少量的器件,突破了材料物理特性的限制,具有容量大、损耗小、结构简单、可靠性高、成本低的优点,满足了电网系统高电压大容量的要求,在电力系统中具有广阔的应用前景。

Description

短路电流限流装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电流限流技术,特别是涉及一种短路电流限流装置。
背景技术
[0002] 近年来,随着我国经济持续高速增长,用电需求量不断增加,电力系统的规模日益增大。由于单机和发电厂容量、变电站容量、城市和工业中心的负荷和负荷密度不断增加,以及电力系统之间的互联和大区域电网的形成,导致了现代电力系统各级电网中的短路电流水平不断增加,部分地区的短路电流水平已经达到甚至超过断路器的遮断容量,而且上 升趋势越来越明显,严重威胁到系统的安全运行,采取适当措施限制短路电流势在必行。
[0003] 在众多短路电流限制措施中,故障限流器(Fault Current Limiter, FCL)以其优越的综合性能、广阔的应用前景受到越来越多人的关注,已成为故障限流技术领域热点之
O
[0004]目前,故障限流器按其工作方式,主要包括以下两类:
[0005] 一是基于开关技术的故障限流器,包括GTO固态故障限流器、谐振型故障限流器、串联补偿型故障限流器、基于TPSC技术串联谐振型故障限流器等。这类故障限流器主要以大功率电力电子开关作为主旁路技术,要制作高电压大容量故障限流器往往需要多个器件的串、并联,损耗大、造价昂贵、可靠性也难以保障。
[0006] 二是基于元件突增特性的故障限流器,包括超导型故障限流器、PTC故障限流器等。这类基于新材料、新技术发展起来的故障限流器、高压限流熔断器,由于受材料物理特性的制约,允许的最大电流值非常有限,存在较长的恢复时间,且受发热影响大,不能多次反复使用,远不能满足电力系统高电压大容量的需求。
实用新型内容
[0007] 基于此,有必要针对上述现有故障限流器的不足和缺点,提供一种短路电流限流
>J-U ρςα装直。
[0008] 一种短路电流限流装置包括:交流工作绕组、铁芯、直流工作绕组、直流偏置电源以及限流电感;
[0009] 其中,所述交流工作绕组连接在输电线路上,所述铁芯设于所述交流工作绕组与所述直流工作绕组之间,所述直流工作绕组、限流电感以及直流偏置电源串联连接构成直流偏置回路。
[0010] 上述短路电流限流装置,基于磁饱和原理工作的,通过控制铁芯的饱和程度以控制装置的“闭”与“合”,并通过将限流电感接入短路回路来限制短路电流,只需少量的器件,突破了材料物理特性的限制,具有容量大、损耗小、结构简单、可靠性高、成本低的优点,满足了电网系统高电压大容量的要求,在电力系统中具有广阔的应用前景。
[0011] 在其中一个实施例中,所述直流工作绕组包括串联的第一直流工作绕组和第二直流工作绕组;[0012] 其中,所述第一直流工作绕组和第二直流工作绕组的匝数相同,且同名端反接。
[0013] 通过设置第一直流工作绕组Tdi和第二直流工作绕组Td2匝数相同且同名端反接,使得感应的交流电压相互抵消,从而消除了交流侧对直流偏置回路的影响。
[0014] 在其中一个实施例中,短路电流限流装置还包括连接在所述输电线路与直流偏置电源之间的短路故障检测电路。
[0015] 在其中一个实施例中,所述短路故障检测电路包括:电压互感器、电压A/D转换器、电流互感器、电流A/D转换器以及处理器;
[0016] 其中,所述电压互感器和电流互感器分别连接在所述传输线路上,并分别通过所述电压A/D转换器和电流A/D转换器与所述处理器连接,所述处理器连接所述直流偏置电源。 [0017] 在其中一个实施例中,所述直流偏置电源包括:依次连接的交流电压源、整流变压器、桥式整流电路以及晶闸管触发电路;
[0018] 所述晶闸管触发电路分别与所述直流工作绕组和短路故障检测电路连接。
附图说明
[0019] 图I为一个实施例的短路电流限流装置的结构示意图;
[0020] 图2为一个较佳实施例的短路电流限流装置的结构示意图。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图对本实用新型短路电流限流装置的具体实施方式作详细描述。
[0022] 如图I所示,图I示出了一个实施例的短路电流限流装置的结构示意图;包括:交流工作绕组Ia、铁芯T、直流工作绕组TD、直流偏置电源Ek以及限流电感U。
[0023] 其中,交流工作绕组Ia连接在输电线路上,铁芯T设于交流工作绕组Ia与直流工作绕组Td之间;直流工作绕组TD、限流电感Ltl以及直流偏置电源Ek串联连接构成直流偏置回路。
[0024] 在一个实施例中,直流偏置电源Ek输出直流偏置电流控制铁芯T的磁通量,当输电线路正常运行时,控制铁芯T的磁通量处于非饱和状态,当输电线路发生短路时,控制铁芯T处于磁饱和状态。
[0025] 具体地,在电网系统正常运行中,直流偏置电源Ek输出足够大的直流偏置电流ih至直流工作绕组TD,在该电流的作用下,铁芯T达到深度饱和状态,此时交流工作绕组Ia的电抗值很小,短路电流限流装置相当于为“闭合”,且限流电感Ltl被短接,此时,整个短路电流限流装置呈低阻抗状态,其上的电压损耗极小,不影响电网系统的正常运行。
[0026] 在电网系统发生短路故障时,直流偏置电源Ek输出极小的直流偏置电流I1至直流工作绕组TD,使铁芯T快速退出饱和,此时交流工作绕组Ia的电抗值很大,整个短路电流限流装置相当于为“断开”,限流电感Ltl被接入短路回路中,限制输电线路上的短路电流。
[0027] 上述实施例的短路电流限流装置,是基于磁饱和原理工作的,控制铁芯T的饱和程度以控制磁开关的“闭”与“合”,并通过限流电感接入短路回路来达到减小短路电流的目的,具有响应速度快的特点,与继电保护装置相配合,可以快速有效的限制电网系统的短路电流。[0028] 为了更加清晰本实用新型的技术方案,下面结合附图阐述短路电流限流装置的较佳实施例。
[0029] 如图2所示,图2示出了一个较佳实施例的短路电流限流装置的结构示意图。
[0030] 在一个实施例中,直流工作绕组Td包括串联的第一直流工作绕组Tdi和第二直流工作绕组Td2 ;其中,第一直流工作绕组Tdi和第二直流工作绕组Td2的匝数相同,且同名端反接。
[0031] 通过设置第一直流工作绕组Tdi和第二直流工作绕组Td2匝数相同且同名端反接,使得感应的交流电压相互抵消,从而消除了交流侧对直流偏置回路的影响。
[0032] 在一个实施例中,短路电流限流装置还包括连接在输电线路与直流偏置电源Ek之间的短路故障检测电路100 ;该短路故障检测电路100用于判断传输线路是否发生短路故障,并输出相应的控制信号控制直流偏置电源Ek。··[0033] 在一个实施例中,短路故障检测电路100包括:电压互感器PT、电压A/D转换器、电流互感器CT、电流A/D转换器以及处理器(CPU);其中,电压互感器PT和电流互感器CT分别连接在传输线路上,并分别通过电压A/D转换器和电流A/D转换器与处理器连接,处理器连接直流偏置电源Ek。
[0034] 具体地,在电网系统运行过程中,电压互感器PT、电流互感器CT分别检测输电线路上的电压信号、电流信号,电压信号、电流信号分别经电压A/D转换器、电流A/D转换器转换后传输给CPU,由CPU根据已检测到的电压下,对电流信号进行判断,确定电网系统是否产生短路故障,若电流信号大于整定值,则判定系统发生短路故障;若电流信号小于整定值,则判定系统正常运行,电流信号进行计算和判断电网系统是否产生短路故障,并发送相应的脉冲控制信号至直流偏置电源Ek。
[0035] 在一个实施例中,直流偏置电源Ek包括依次连接的交流电压源201、整流变压器202、桥式整流电路203以及晶闸管触发电路204 ;晶闸管触发电路204分别与直流工作绕组Td和短路故障检测电路100连接;
[0036] 晶闸管触发电路204输出偏置电流至直流工作绕组TD,晶闸管触发电路204根据输入的脉冲控制信号,调整偏置电流的大小。
[0037] 综述上述实施例的短路电流限流装置,具有以下明显的特点和有益效果:
[0038] 在电网系统正常运行时,短路电流限流装置呈低阻抗状态,电压损耗小,不影响电网的运行状态;在电网系统发生短路故障时,限流电感能够快速接入短路回路,有效地限制短路电流;装置满足了高压大容量化的要求,符合电力系统的发展趋势,且装置结构相对简单,成本低,易于在电力系统中广泛使用。
[0039] 以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1. 一种短路电流限流装置,其特征在于,包括:交流工作绕组、铁芯、直流工作绕组、直流偏置电源以及限流电感; 其中,所述交流工作绕组连接在输电线路上,所述铁芯设于所述交流工作绕组与所述直流工作绕组之间,所述直流工作绕组、限流电感以及直流偏置电源串联连接构成直流偏置回路。
2.根据权利要求I所述的短路电流限流装置,其特征在于,所述直流工作绕组包括串联的第一直流工作绕组和第二直流工作绕组; 其中,所述第一直流工作绕组和第二直流工作绕组的匝数相同,且同名端反接。
3.根据权利要求I所述的短路电流限流装置,其特征在于,还包括连接在所述输电线路与直流偏置电源之间的短路故障检测电路。
4.根据权利要求3所述的短路电流限流装置,其特征在于,所述短路故障检测电路包括:电压互感器、电压A/D转换器、电流互感器、电流A/D转换器以及处理器; 其中,所述电压互感器和电流互感器分别连接在所述传输线路上,并分别通过所述电压A/D转换器和电流A/D转换器与所述处理器连接,所述处理器连接所述直流偏置电源。
5.根据权利要求3所述的短路电流限流装置,其特征在于,所述直流偏置电源包括:依次连接的交流电压源、整流变压器、桥式整流电路以及晶闸管触发电路; 所述晶闸管触发电路分别与所述直流工作绕组和短路故障检测电路连接。
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