CN203135428U

CN203135428U - 自平衡电磁电子式故障电流限制器

Info

Publication number: CN203135428U
Application number: CN 201320108325
Authority: CN
Inventors: 陈丽安; 陈志英; 赵晶
Original assignee: Xiamen University of Technology
Current assignee: Xiamen University of Technology
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2023-03-11

Abstract

本实用新型属于电力电器领域，具体涉及一种自平衡电磁电子式故障电流限制器，特别涉及一种于交流电源系统发生短路时有效限制故障电流的装置。本实用新型的一种自平衡电磁电子式故障电流限制器，包括限流单元和驱动单元；所述限流单元在发生故障电流时增加电抗值，并根据该电抗值限制上述故障电流；该限流单元包括电流互感器、电力电子开关元件和电阻R，所述电流互感器由电器电磁系统闭合铁芯、第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3组成。所述驱动单元连接在所述限流单元的前端，当流入故障电流时，该驱动单元驱动限流单元使其增加电抗值。本实用新型具有原理简单，控制方便，限流效果好，可靠性高，结构简单等特点，可以应用在配电网中。

Description

自平衡电磁电子式故障电流限制器

技术领域

本实用新型属于电力电器领域，具体涉及一种自平衡电磁电子式故障电流限制器，特别涉及一种于交流电源系统发生短路时有效限制故障电流的装置。

背景技术

由于短路故障对电力系统的危害极大，因此，国内外专家学者纷纷通过各种途径对各故障电流限制器进行研究。

目前国内已报道的故障电流限制器的种类繁多，包括隔离型、导通型、截止型、永磁偏置式等类型，比如实用新型专利“隔离型交流故障电流限制器”（发明人：黄瑞坤，申请号：201120034544.1）、实用新型专利“导通型交流故障电流限制器”（申请号：201120034548.X）、以及实用新型专利“截止型交流故障电流限制器”（发明人：黄瑞坤，申请号：201120034545.6）分别介绍了隔离型交流故障电流限制器、导通型交流故障电流限制器和截止型交流故障电流限制器。上述专利提到的故障电流限制器是通过不同的方式增加供电输入系统的等效内阻抗，进而达到限制故障电流的目的，让电源系统的断路装置得以顺利隔离短路故障，避免短路事故的影响区域扩大及长时间的停电。但是上述方案均需要采用熔断器作为断路装置，一旦发生短路故障时，断路装置熔断后在高电压系统更换麻烦，造成应用极其不方便。另外，断路装置（如熔断器）对短路故障的反映较慢，这些方案甚至采用超过一个断路装置，有的方案在正常运行时在线路上产生较大阻抗，比如隔离型限流器与导通型限流器，导通型的方案还采用电容与电感器串联的方法，同样难以保证正常运行时的低阻抗匹配，特别在高压系统采用高压电容带来可靠性及结构复杂体积大的问题，因此这些方案结构复杂，应用不方便，可靠性不高。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种自平衡电磁电子式故障电流限制器（下述简称为故障电流限制器），采用电力电子开关元件替换现有方案中的熔断器，另外，当线路正常运行时该故障电流限制器对外不呈现阻抗，而当线路发生短路故障时，该故障电流限制器能够迅速呈现较高阻抗以限制短路电流对线路及设备造成的危害，让电源系统的断路装置得以顺利隔离短路故障，避免短路事故的影响区域扩大及长时间的停电，从而解决现有技术之不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是，一种自平衡电磁电子式故障电流限制器，包括限流单元和驱动单元；所述限流单元在发生故障电流时增加电抗值，并根据该电抗值限制上述故障电流；该限流单元包括电流互感器、电力电子开关元件和电阻R，所述电流互感器由电器电磁系统闭合铁芯、第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3组成，第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3均绕制于电器电磁系统闭合铁芯上，第一绕组X1和第二绕组X2的匝数相同、绕制方向相反，第一绕组X1的一端作为该故障电流限制器的进线端K1，第一绕组X1的另一端和第二绕组X2的一端连接作为公共端K0，第二绕组X2的另一端作为出线端K2；第三绕组X3的两端通过电阻R连接；所述电力电子开关元件的第一端连接公共端K0和驱动单元，电力电子开关元件的第二端连接出线端K2，电力电子开关元件的控制端连接驱动单元；所述驱动单元连接在所述限流单元的前端，当流入故障电流时，该驱动单元驱动限流单元使其增加电抗值。

作为一个可行的实例，所述电力电子开关元件包括可关断晶闸管G1和可关断晶闸管G2，所述可关断晶闸管G1的阳极连接公共端K0、可关断晶闸管G2的阴极和驱动单元的第一控制输出端，可关断晶闸管G1的阴极连接出线端K2、可关断晶闸管G2的阳极和驱动单元的第二控制输出端，可关断晶闸管G1的控制端连接驱动单元的第三控制输出端，可关断晶闸管G2的控制端连接驱动单元的第四控制输出端。

作为另一个可行的实例，所述电力电子开关元件包括单向晶闸管G3和单向晶闸管G4，所述单向晶闸管G3的阳极连接公共端K0、单向晶闸管G4的阴极和驱动单元的第一控制输出端，单向晶闸管G3的阴极连接出线端K2、单向晶闸管G4的阳极和驱动单元的第二控制输出端，单向晶闸管G3的控制端连接驱动单元的第三控制输出端，单向晶闸管G4的控制端连接驱动单元的第四控制输出端。

作为另一个可行的实例，所述电力电子开关元件包括双向晶闸管G5，所述双向晶闸管G5的阴极连接公共端K0和驱动单元的第一控制输出端，双向晶闸管G5的阳极连接出线端K2，双向晶闸管G5的控制端连接驱动单元的第二控制输出端。

进一步具体的，所述电器电磁系统闭合铁芯是矩形闭合铁芯。

进一步具体的，所述驱动单元是由单片机实现。电流互感器将信号送入该驱动单元，驱动单元进行处理判断，然后驱动电力电子开关元件动作，使限流单元增加电抗值，进而实现限制故障电流。

本实用新型的工作原理如下：在电器电磁系统闭合铁芯上绕有分为被记为第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3的三个线圈，第一绕组X1与第二绕组X2为串联在主电路中的反向绕制的两个绕组，第三绕组X3相当于变压器的副边。故障电流限制器的驱动单元通过电流传感器与电压传感器检测线路的电流与电压，当线路正常运行时，由于第一绕组X1与第二绕组X2匝数相等且绕向相反，因此电器电磁系统闭合铁芯中的磁通量为零，两绕组反电势总和为零，对外几乎不呈现阻抗；当线路发生短路故障时，驱动单元控制电力电子开关元件导通，并将第二绕组X2短接，电器电磁系统闭合铁芯处于不饱和状态，此时故障电流限制器表现为变压器原理，在主电路中呈现出感抗，限制了短路电流，从而保护线路及设备。

本实用新型将电磁原理与电力电子技术相结合，提出了自平衡电磁电子式故障限流器的概念，本故障电流限制器与现有技术中的正阻抗负阻抗及断路装置开断的方案完全不同，具有如下优点：

1 本故障电流限制器将三个绕组（第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3）集中绕制在一电器电磁系统闭合铁芯上，且第一绕组X1和第二绕组X2的匝数相同、绕制方向相反，使其在线路正常运行时对外呈现只有导线电阻的极低阻抗，而在短路故障发生后驱动单元通过电力电子开关元件呈现高阻抗以限制故障电流（例如短路电流）对设备造成的危害；

2 电力电子开关元件的快速动作保证在短路故障状态下快速限流，限流效果显著；在短路故障电流被限制后，驱动单元对断路器发出分断信号；在断路器开断电路后驱动单元关断提供电力电子开关元件导通的控制信号，保证本故障电流限制器在故障排除后自动恢复运行与保护；

3 本故障电流限制器使用电流互感器和电力电子开关元件配合完成限流控制，其原理简单，结构简单紧凑，而且控制方便，正常运行能耗小，限流效果好，可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型的实施例1的原理图；

图2是本实用新型的实施例2的原理图；

图3是本实用新型的实施例3的原理图；

图4是本实用新型的应用示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型的一种自平衡电磁电子式故障电流限制器，包括限流单元和驱动单元；所述限流单元在发生故障电流时增加电抗值，并根据该电抗值限制上述故障电流；所述驱动单元连接在所述限流单元的前端，当流入故障电流时，该驱动单元驱动限流单元使其增加电抗值。

实施例1

如图1所示，限流单元包括电流互感器、可关断晶闸管G1和可关断晶闸管G2和电阻R。所述电流互感器由电器电磁系统闭合铁芯A、第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3组成，第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3均绕制于电器电磁系统闭合铁芯A上，第一绕组X1和第二绕组X2的匝数相同、绕制方向相反，第一绕组X1的一端作为该故障电流限制器的进线端K1，第一绕组X1的另一端和第二绕组X2的一端连接作为公共端K0，第二绕组X2的另一端作为出线端K2；第三绕组X3的两端通过电阻R连接。所述可关断晶闸管G1的阳极连接公共端K0、可关断晶闸管G2的阴极和驱动单元的第一控制输出端（第4引脚），可关断晶闸管G1的阴极连接出线端K2、可关断晶闸管G2的阳极和驱动单元的第二控制输出端（第1引脚），可关断晶闸管G1的控制端I1连接驱动单元的第三控制输出端（第2引脚），可关断晶闸管G2的控制端I2连接驱动单元的第四控制输出端（第3引脚）。

实施例2

如图2所示，限流单元包括电流互感器、单向晶闸管G3和单向晶闸管G4和电阻R。所述电流互感器由电器电磁系统闭合铁芯A、第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3组成，第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3均绕制于电器电磁系统闭合铁芯A上，第一绕组X1和第二绕组X2的匝数相同、绕制方向相反，第一绕组X1的一端作为该故障电流限制器的进线端K1，第一绕组X1的另一端和第二绕组X2的一端连接作为公共端K0，第二绕组X2的另一端作为出线端K2；第三绕组X3的两端通过电阻R连接。所述单向晶闸管G3的阳极连接公共端K0、单向晶闸管G4的阴极和驱动单元的第一控制输出端（第4引脚），单向晶闸管G3的阴极连接出线端K2、单向晶闸管G4的阳极和驱动单元的第二控制输出端（第1引脚），单向晶闸管G3的控制端I3连接驱动单元的第三控制输出端（第2引脚），单向晶闸管G4的控制端I4连接驱动单元的第四控制输出端（第3引脚）。

实施例3

如图3所示，限流单元包括电流互感器、双向晶闸管G5和电阻R。所述电流互感器由电器电磁系统闭合铁芯A、第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3组成，第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3均绕制于电器电磁系统闭合铁芯A上，第一绕组X1和第二绕组X2的匝数相同、绕制方向相反，第一绕组X1的一端作为该故障电流限制器的进线端K1，第一绕组X1的另一端和第二绕组X2的一端连接作为公共端K0，第二绕组X2的另一端作为出线端K2；第三绕组X3的两端通过电阻R连接。所述双向晶闸管G5的阴极连接公共端K0和驱动单元的第一控制输出端（第2引脚），双向晶闸管G5的阳极连接出线端K2，双向晶闸管G5的控制端I5连接驱动单元的第二控制输出端（第1引脚）。

上述实施例中，所述电器电磁系统闭合铁芯A选用矩形闭合铁心。

另外，上述实施例中，驱动单元可由单片机实现。电流互感器将信号送入该驱动单元，驱动单元进行处理判断，然后驱动电力电子开关元件动作，使限流单元增加电抗值，进而实现限制故障电流。

本实用新型的工作原理如下：在电器电磁系统闭合铁芯A上绕有分为被记为第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3的三个线圈，第一绕组X1与第二绕组X2为串联在主电路中的反向绕制的两个绕组，第三绕组X3相当于变压器的副边。故障电流限制器的驱动单元通过电流传感器与电压传感器检测线路的电流与电压，当线路正常运行时，由于第一绕组X1与第二绕组X2匝数相等且绕向相反，因此电器电磁系统闭合铁芯A中的磁通量为零，两绕组反电势总和为零，对外几乎不呈现阻抗；当线路发生短路故障时，驱动单元控制电力电子开关元件（可关断晶闸管或者单向晶闸管或者双向晶闸管）导通，并将第二绕组X2短接，电器电磁系统闭合铁芯A处于不饱和状态，此时故障电流限制器表现为变压器原理，在主电路中呈现出感抗，限制了短路电流，从而保护线路及设备。本实用新型将电磁原理与电力电子技术相结合，使其在线路正常运行时对外呈现低阻抗，而在短路故障发生后呈现高阻抗以限制短路电流对设备造成的危害，具有原理简单，控制方便，正常运行能耗小，限流效果好，可靠性高，结构简单等特点，可以应用在配电网中。

图4是本实用新型的一个应用实例示意图，描述了本实用新型的故障电流限制器的应用原理。如图4所示，该电路系统包括本实用新型设计的自平衡电磁电子式故障限流器M（简写为故障电流限制器M）、线路电压传感器PT、线路电流传感器CT、断路器W以及主控计算机N。主电路进线端Z接到断路器W的进线端，断路器W的出线端与故障限流器M的进线端K1相接，故障限流器M的出线端K2接到主电路的出线端Y。线路电压传感器PT的输出端接到故障限流器M的驱动单元的电压信号输入端，线路电流传感器CT的输出端接到故障限流器M的驱动单元的电流信号输入端，故障限流器M的驱动单元的信号输入与输出端分别接到主控计算机N的输出与输入端，故障限流器M的驱动单元的断路信号输出端与断路器W的脱扣器相接。

故障限流器M的驱动单元通过线路电流传感器CT与线路电压传感器PT检测线路的电流与电压，当线路发生短路故障时，故障限流器M表现为变压器原理，在主电路中呈现出感抗，从而限制了短路电流，故障限流器M的驱动单元控制断路器切断主电路，进而实现对设备的保护。故障限流器M的驱动单元与主控计算机N可进行双向通信。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种自平衡电磁电子式故障电流限制器，其特征在于：

包括限流单元和驱动单元；

所述限流单元在发生故障电流时增加电抗值，并根据该电抗值限制上述故障电流；该限流单元包括电流互感器、电力电子开关元件和电阻R，所述电流互感器由电器电磁系统闭合铁芯、第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3组成，第一绕组X1、第二绕组X2和第三绕组X3均绕制于电器电磁系统闭合铁芯上，第一绕组X1和第二绕组X2的匝数相同、绕制方向相反，第一绕组X1的一端作为该故障电流限制器的进线端K1，第一绕组X1的另一端和第二绕组X2的一端连接作为公共端K0，第二绕组X2的另一端作为出线端K2；第三绕组X3的两端通过电阻R连接；所述电力电子开关元件的第一端连接公共端K0和驱动单元，电力电子开关元件的第二端连接出线端K2，电力电子开关元件的控制端连接驱动单元；

所述驱动单元连接在所述限流单元的前端，当流入故障电流时，该驱动单元驱动限流单元使其增加电抗值。

2.根据权利要求1所述的一种自平衡电磁电子式故障电流限制器，其特征在于：所述电力电子开关元件包括可关断晶闸管G1和可关断晶闸管G2，所述可关断晶闸管G1的阳极连接公共端K0、可关断晶闸管G2的阴极和驱动单元的第一控制输出端，可关断晶闸管G1的阴极连接出线端K2、可关断晶闸管G2的阳极和驱动单元的第二控制输出端，可关断晶闸管G1的控制端连接驱动单元的第三控制输出端，可关断晶闸管G2的控制端连接驱动单元的第四控制输出端。

3.根据权利要求1所述的一种自平衡电磁电子式故障电流限制器，其特征在于：所述电力电子开关元件包括单向晶闸管G3和单向晶闸管G4，所述单向晶闸管G3的阳极连接公共端K0、单向晶闸管G4的阴极和驱动单元的第一控制输出端，单向晶闸管G3的阴极连接出线端K2、单向晶闸管G4的阳极和驱动单元的第二控制输出端，单向晶闸管G3的控制端连接驱动单元的第三控制输出端，单向晶闸管G4的控制端连接驱动单元的第四控制输出端。

4.根据权利要求1所述的一种自平衡电磁电子式故障电流限制器，其特征在于：所述电力电子开关元件包括双向晶闸管G5，所述双向晶闸管G5的阴极连接公共端K0和驱动单元的第一控制输出端，双向晶闸管G5的阳极连接出线端K2，双向晶闸管G5的控制端连接驱动单元的第二控制输出端。

5.根据权利要求1所述的一种自平衡电磁电子式故障电流限制器，其特征在于：所述电器电磁系统闭合铁芯是矩形闭合铁芯。

6.根据权利要求1所述的一种自平衡电磁电子式故障电流限制器，其特征在于：所述驱动单元是由单片机实现。