CN204481470U - 一种基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型专利涉及一种基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器，由直流励磁绕组、交流限流绕组、带气隙的铁芯以及串联补偿支路等构成。所述直流励磁绕组外接开关电源可根据交流电网电流变化动态调节励磁电流，以改变交流励磁绕组电感，从而配合补偿电容实现对无功功率的动态补偿和故障限流。本实用新型系统结构简单，制造和运行费用低，采用两级限流模式，限流能力强，对提高电网电能质量及输配电网络的稳定性和可靠性有显著效果。

Description

一种基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器
技术领域
本实用新型涉及一种电力系统短路电流限制装置，具体地说是一种基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器，属于电力系统输配电网络短路电流限制领域。
背景技术
随着中国电力系统负荷的增大，大容量机组、电厂以及变电设备的投入，尤其是负荷中心大电厂的出现及大电力系统的互联，使得各级电网中母线短路电流水平显著增加，给变压器、断路器、绝缘子、接地网等电气一次设备提出了更苛刻的要求，短路故障对电力系统和电气设备的破坏性也越来越大。同时，人们对电能质量，供电系统的稳定性和可靠性也有了更高的要求。随着经济发展，电网容量和规模将进一步扩大，这一问题将变得愈发严重。
为避免大规模地更换或加强电气一次设备造成的经济和时间成本，故障限流器成为短路电流限制领域的新宠。短路故障限流器按构成原理可分为：超导限流器，固态限流器、并联谐振型故障限流器以及饱和铁心限流器。固态限流器和并联谐振型故障限流器由于受开关器件通流能力及损耗的限制，制约了其进一步发展；超导限流器因损耗小，限流效果显著成为当今故障限流器研究的主流，但由于目前超导技术尚不完善，且受成本影响，超导型故障限流器现阶段很难应用到实际系统中，饱和铁心型故障限流器成为限制短路电流的首选，但现有饱和铁芯型故障限流器结构复杂，体积大，利用率低且补偿效果和限流能力较差。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，设计一种新型基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器应用于电力系统输配电网中，既能在电网正常工作时进行动态无功补偿，又能在电网发生短路故障时，限制短路电流。
技术方案：本实用新型所述的一种基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器，由直流励磁绕组、交流限流绕组、直流励磁电源、带气隙的铁芯以及串联补偿支路构成；直流励磁绕组和交流限流绕组分别绕在带气隙的铁芯两侧边柱上构成限流部分，之后与串联补偿支路串联实现串联补偿功能，直流励磁电源接直流励磁 绕组，提供励磁电流。
所述直流励磁绕组采用桥式半控整流电路供电，在正常工作时，可通过改变直流励磁电流，改变铁芯的饱和度，进而改变交流工作线圈的电感量，从而调节补偿系数，实现电网无功功率的动态补偿。所述直流励磁回路，设计有磁能释放回路，能够快速释放励磁绕组的磁能，为限制短路电流和重合闸做准备。
所述铁芯采用高磁导率硅钢片叠压制成，磁路上开有气隙，使铁芯具有更大的磁导率，减小交流电对铁芯工作点的影响，使磁导率变化更加平缓，降低电抗器谐波，同时能够显著减小铁芯体积。
所述串联补偿支路，由谐振电感与快速开关串联后，再与补偿电容并联构成。短路故障时，调节交流限流绕组的电感量实现第一级限流，闭合快速开关，使补偿电容与谐振电感处于并联谐振状态，去除补偿作用，从而实现第二级限流；正常工作时快速开关断开，电容串接在回路中，对电网进行无功功率补偿。
本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：本实用新型结构简单，设计合理，设备使用率高，动作迅速，可靠性高，采用两级式限流，短路电流限制效果好，且损耗较小，适用于电力系统各级输变电网络。
附图说明
图1是本实用新型的主结构示意图。
图2是本实用新型的直流励磁回路示意图。
图3是本实用新型的控制系统连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
实施例：如图1和2所示，一种基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器，包括开有气隙的铁芯CG，绕在铁芯CG上的交流限流绕组L1和直流励磁绕组L2，直流励磁电源以及无功补偿电路1等。所述补偿电路1与限流电感L1串联在输配电线路中。
所述带气隙的铁芯CG，由高磁导率硅钢片叠压制成，磁路上开有气隙，具有较高的磁导率，减小铁芯体积的同时，使磁导率变化更加平缓，减小交流电对铁芯工作点的影响，减小电抗器谐波。所述交流限流绕组L1和直流励磁绕组L2绕在铁芯CG两侧，通过改变流过励磁绕组L2的励磁电流的大小，控制铁芯CG的饱和度，即可动态调节限流绕组L1的电感量，从而配合补偿电容C，调节补偿系数。
所述串联补偿支路1，由谐振电感L3与快速开关K串联后，再补偿电容C并联构成，与交流限流绕组L1一起串接在输电回路中。正常工作时，快速开关K处于断开状态，补偿电容C串接在回路中，配合限流绕组L1对电网无功功率进行动态补偿，发生短路故障时，快速开关K迅速闭合，补偿电容C与谐振电感L3产生并联谐振，使电容C的补偿效果消失，进一步抑制短路电流。
所述直流励磁电源，主电路由桥式半控整流电路2构成，交流市电AC经降压变压器T，由整流桥2将交流电变成直流电，通过滤波电感L4滤波后，加到励磁绕组L2两端，通过改变开关管V1、V2的导通角，整流桥2输出电压发生改变，从而改变流过励磁绕组L2的电流。
所述磁能释放回路3主要由续流二极管D3，氧化锌电阻RZnO，滤波电感L4构成，正常工作时，开关管V3导通，氧化锌电阻RZnO被短路，不消耗能量，短路故障时，整流桥2停止工作，开关管V3迅速关断，氧化锌电阻RZnO接入磁能释放回路，励磁绕组L2上的磁能迅速消耗在氧化锌电阻RZnO上，使铁芯CG处于不饱和状态，限流绕组L1电感量增大，实现第一级限流。
所述基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器，在正常工作时，通过电压互感器TV1和电流互感器TA1实时检测电网4电压信号uL和电流信号iL，通过控制芯片5，计算出直流励磁电源7输出的指令电流信号，与电流互感器TA2检测到的实际励磁电流iB作为控制信号，产生两路PWM脉冲信号，经驱动电路6隔离放大后驱动整流电路2的开关管VT1、VT2产生合适的励磁电流，同时产生控制信号SK使开关K断开，控制信号SVT使开关管VT3导通，从而使故障限流器8处于串联补偿状态，对无功功率进行动态补偿，补偿后的电能继续送往后级输电网络9。
所述基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器，在发生短路故障时，电流互感 器TA1检测到过电流后，控制芯片5立即停止产生PWM脉冲，整流电路2停止工作，同时开关管VT3关断，氧化锌电阻RZnO迅速接入磁能释放回路，将剩磁消耗在氧化锌电阻RZnO上，使铁芯迅速进入非饱和状态，限流绕组L1电抗显著增大，实现第一级限流，与此同时，控制芯片5产生控制信号是开关K迅速闭合，使谐振电感L3接入串联补偿支路1，与补偿电容C发生并联谐振，消除补偿电容C的补偿效果，进一步降低短路电流。
如上所述，尽管参照特定的优选实施案例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式和细节上做出各种变化。

Claims (3)

1.一种基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器，其特征在于：由直流励磁绕组、交流限流绕组、直流励磁电源、带气隙的铁芯以及串联补偿支路构成；直流励磁绕组和交流限流绕组分别绕在带气隙的铁芯两侧边柱上构成限流部分，之后与串联补偿支路串联实现串联补偿功能，直流励磁电源接直流励磁绕组，提供励磁电流。
2.根据权利要求1所述基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器，其特征在于：所述铁芯采用高磁导率硅钢片叠压制成，磁路上开有气隙，使铁芯具有更大的磁导率，减小交流电对铁芯工作点的影响。
3.根据权利要求1所述基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器，其特征在于：所述串联补偿支路，由谐振电感与快速开关串联后，再与补偿电容并联构成，短路故障时，调节交流限流绕组的电感量实现第一级限流，闭合快速开关，使补偿电容与谐振电感处于并联谐振状态，去除补偿作用，从而实现第二级限流。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106208106A (zh) * 2016-08-31 2016-12-07 丹东德元电力电器有限公司 一种基于补偿/限流电抗器的并联补偿装置
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CN114512971A (zh) * 2022-01-13 2022-05-17 武汉大学 混合励磁的多功能饱和铁芯交流故障限流器及限流方法

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