CN202817740U - 一种高速自关断器件的短路故障限流器 - Google Patents
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Abstract
一种高速自关断器件的短路故障限流器，属电力应用技术领域。由三个相同的单相短路故障限流器构成，其三个进线端子和出线端子分别为短路故障限流器的进线端子和出线端子，其三个零线端子连接在一起；单相短路故障限流器由一个IGBT工作模块组、一个IGBT保护模块组、一个电抗器、一个电容器及一个电流传感器构成，IGBT模块组由其发射极相连接的两个IGBT模块反向串联构成；工作模块组的一个集电极为进线端子，其另一个集电极与电抗器的一端及保护模块组中的一个集电极连接，电抗器的另一端与电容器的一端连接后穿过电流传感器后为出线端子，电容器的另一端与保护模块组中的另一个集电极连接后为零线端子。可应用于各种电压等级的电网中。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统短路故障限流技术。属电力系统应用技术领域。
背景技术
随着电力系统容量和规模的不断扩大，输配电系统的短路电流不断提高，短路故障对电力系统和与其相连的电气设备的危害也越来越大，短路电流可能超过断路器的断开容量，采用短路故障限流器是提高电力系统运行可靠性的最好解决方案。在诸多的短路故障限流器方案中，基于电力电子开关技术用于柔性交流输电技术的短路故障限流器是未来的主流发展方向之一，如《电力系统自动化》2006年4月第30卷第7期公开的“基于IGCT的固态桥式短路故障限流器”。这种带旁路电感的桥式短路故障限流器，其半控桥开关器件均选用可控硅或集成门极换流晶闸管(IGCT)，其起主要限流作用的直流限流电抗器体积大，成本高，重量重，在电网发生短路时，其本身的控制方法与电力系统中固有的断路器继电保护配合复杂，驱动电路复杂，成本高，难以普及运用在电力系统中。另外，现在国家电网对风电机组要求具备低电压穿越功能，在风力发电机组与电网之间加装故障限流器是理想的解决方案，但是目前的各种故障限流器技术方案均不能解决国家电网对风电机组要求具备低电压穿越功能的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有各种短路故障限流器的上述缺点，提供一种高速自关断器件的短路故障限流器。
实现本实用新型目的的高速自关断器件的短路故障限流器由三个相同的单相短路故障限流器构成，所述三个相同的单相短路故障限流器的进线端子和出线端子分别为短路故障限流器的进线端子和出线端子，三个相同的单相短路故障限流器的零线端子均连接在一起；所述的单相短路故障限流器，由一个IGBT工作模块组、一个IGBT保护模块组、一个电抗器、一个电容器及一个电流传感器构成，所述的每个IGBT模块组均由其发射极相连接的两个相同的IGBT模块反向串联构成；工作模块组的一个集电极为单相短路故障限流器的进线端子，其另一个集电极与电抗器的一端及保护模块组中的一个集电极连接在一起，所述电抗器的另一端与电容器的一端连接后穿过电流传感器后为单相短路故障限流器的出线端子，电容器的另一端与保护模块组中的另一个集电极连接后为单相短路故障限流器的零线端子。
本实用新型的短路故障限流器的工作原理如下：
1、在电网正常运行时，三个工作模块组均同时导通，三个保护模块组均处于关断状态；短路故障限流器处于正常导通工作状态。
2、当电网三相发生短路故障，电网中突然增加的三相电流分别被对应的三个电流传感器感知，通过控制回路发出指令，分别调节三个工作模块组的脉冲宽度，使其通过的电流不大于设定值；三个保护模块组、三个电抗器及三个电容器构成续流回路。这时短路电流控制在设定范围内，达到电网限流的目的。
若电网故障消失，流过短路故障限流器中的电流减小，则短路故障限流器由脉宽调制状态逐渐恢复到正常导通的工作状态。
当电网长期故障，电网的三相短路继电保护动作，这时所有的IGBT模块组都处于关断状态，短路故障限流器不工作。
3、当电网发生两相短路故障，如A相、B相短路发生单相短路故障时，A相和B相中突然增加的电流分别被对应的两个电流传感器感知，通过控制回路发出指令，分别调节对应于A相、B相的两个工作模块组的脉冲宽度，使其通过的电流不大于设定值；对应于A相、B相的两个保护模块组、两个电抗器及两个电容器构成续流回路。这时短路电流控制在设定范围内，达到电网限流的目的。此时短路故障限流器中C相处于正常导通工作状态。
若电网故障消失，流过短路故障限流器中A相、B相的电流减小，则短路故障限流器中A相、B相由脉宽调制状态逐渐恢复到正常导通的工作状态。C相处于正常导通工作状态。
当电网长期故障，电网的短路继电保护动作，这时所有的IGBT模块组都处于关断状态，短路故障限流器不工作。
4、电网发生单相短路故障时，如A相接地短路，A相中突然增加的电流被对应的电流传感器感知，通过控制回路发出指令，调节A相的工作模块组的脉冲宽度，使其通过的电流不大于设定值；A相的保护模块组、对应的电抗器及电容器构成续流回路。这时短路电流控制在设定范围内，达到电网限流的目的。此时短路故障限流器中B相、C相处于正常导通工作状态。
若电网故障消失，流过短路故障限流器中A相的电流减小，则短路故障限流器中A相由脉宽调制状态逐渐恢复到正常导通的工作状态。B相和C相处于正常导通工作状态。
当电网长期故障，电网的短路继电保护动作，这时所有的IGBT模块组都处于关断状态，短路故障限流器不工作。
本实用新型的主要优点是：
1、利用IGBT作开关器件，在电力系统中出现不同类型的短路故障中，均能快速识别，快速响应，在限流的同时，自动消除谐波，输出波形为正弦波。
2、续流回路中的电抗器，电感量小，成本低。
3、电路结构简单、响应速度快，运行稳定可靠。
4、应用范围宽，可应用于各种电压等级的电网中。
5、可完美解决国家电网对新能源中(风力发电、光伏等)低电压穿越的要求。
下面结合附图和实施例对本实用新型内容做进一步详细说明。
附图说明
图1本高速自关断器件的短路故障限流器电路图
具体实施方式
参见图1，本短路故障限流器由三个相同的单相短路故障限流器构成，所述三个相同的单相短路故障限流器的进线端子和出线端子分别对应了短路故障限流器的进线端子A01、B01、C01和出线端子A02、B02、C02，三个相同的单相短路故障限流器的零线端子N均连接在一起；所述的A相回路的单相短路故障限流器，由一个IGBT工作模块组T1、一个IGBT保护模块组T2、一个电抗器L1、一个电容器C1及一个电流传感器H1构成，所述的T1和T2均由其发射极相连接的两个相同的IGBT模块反向串联构成；T1的一个集电极为A相回路单相短路故障限流器的进线端子A01，其另一个集电极与电抗器L1的一端及T2中的一个集电极连接在一起，所述电抗器L1的另一端与电容器C1的一端连接后穿过电流传感器H1后为A相回路的单相短路故障限流器的出线端子A02，电容器C1的另一端与T2中的另一个集电极连接后为A相回路的单相短路故障限流器的零线端子N。所述的B相与C相回路的单相短路故障限流器与A相回路的单相短路故障限流器的器件连接方式是一样的，构成B相回路的单相短路故障限流器的主器件是一个IGBT工作模块组T3、一个IGBT保护模块组T4、一个电抗器L2、一个电容器C2及一个电流传感器H2；构成C相回路的单相短路故障限流器的主器件是一个IGBT工作模块组T5、一个IGBT保护模块组T6、一个电抗器L3、一个电容器C3及一个电流传感器H3。
本实施例是将短路故障限流器应用在风电变流器与电网之间。
1、在电网正常运行时，三个工作模块组T1、T2、T3均同时导通，三个保护模块组T4、T5、T6均处于关断状态；短路故障限流器处于正常导通工作状态。
2、当电网三相发生短路故障，电网中突然增加的三相电流分别被对应的三个电流传感器H1、H2、H3所感知，通过控制回路发出指令，分别调节三个工作模块组T1、T2、T3的脉冲宽度，使其通过的电流不大于设定值；通过T1、T3、T5的电流始终处于恒流状态。三个保护模块组T4、T5、T6、三个电抗器L1、L2、L3及三个电容器C1、C2、C3构成续流回路。
根据国家电网公司的技术规定，电网发生瞬间短路时，625ms之内，风电机组不得与电网脱离，这时风电机组继续运行产生的多余电能通过三个分别并联在本发明的A01、N，B01、N，C01、N之间的快速放电回路将电能以发热方式消耗掉。短路故障限流器在0-625ms过程中一直处于恒流工作。
在625ms之内，若电网故障消失，流过短路故障限流器中的电流减小，则短路故障限流器由脉宽调制状态逐渐恢复到正常导通的工作状态。
在625ms之后，若电网故障仍没有排除，电网的三相短路继电保护动作，这时所有的IGBT模块组都处于关断状态，短路故障限流器退出运行。
本实施例的短路故障限流器，利用IGBT作开关器件，在电力系统中出现不同类型的短路故障中，均能快速识别，快速响应，在限流的同时，自动消除谐波，并输出正弦波。续流回路中的电抗器，电感量小，既能消除事故状态下的电网中产生的各种谐波，又保证了IGBT开关桥臂的运行安全。电路结构简单、响应速度快，运行稳定可靠、成本低廉。在电网发生瞬间短路，电网电压下降到额定电压20％，并且在625ms之内，电网电压恢复到额定电压的90％的整个过程中，短路故障限流器始终处于电流取样，电流补偿工作状态，向电网输送恒定的工作电流，确保风电机组正常运行。
Claims (1)
1.一种高速自关断器件的短路故障限流器，其特征是所述的短路故障限流器由三个相同的单相短路故障限流器构成，所述三个相同的单相短路故障限流器的进线端子和出线端子分别为短路故障限流器的进线端子和出线端子，三个相同的单相短路故障限流器的零线端子均连接在一起；所述的单相短路故障限流器，由一个IGBT工作模块组、一个IGBT保护模块组、一个电抗器、一个电容器及一个电流传感器构成，所述的每个IGBT模块组均由其发射极相连接的两个相同的IGBT模块反向串联构成；工作模块组的一个集电极为单相短路故障限流器的进线端子，其另一个集电极与电抗器的一端及保护模块组中的一个集电极连接在一起，所述电抗器的另一端与电容器的一端连接后穿过电流传感器后为单相短路故障限流器的出线端子，电容器的另一端与保护模块组中的另一个集电极连接后为单相短路故障限流器的零线端子。
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