CN206992686U - 一种单相饱和铁芯型故障限流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单相饱和铁芯型故障限流器，包括口字型铁芯、一组交流线圈绕组和两组直流线圈绕组；其中，两组直流线圈绕组分别绕制在口字型铁芯相对的两侧铁芯上，且两组直流绕组以反向串联方式接入直流励磁电路中；所述交流线圈绕组包裹在两组直流线圈绕组外侧，且交流线圈绕组串联在交流电源和系统负载之间；所述两组直流线圈绕组采用反向串联接法，且匝数相同。本实用新型结构简单，占用空间小，稳定高效，能够有效限制短路故障电流，同时降低磁饱和开关型电抗器对直流励磁电流的需求，节约使用成本，具有良好的经济实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种单相饱和铁芯型故障限流器，属于电力系统领域。
背景技术
随着人们对电力需求的日益增加，电力系统的负荷不断加重，电网发生短路故障时的短路容量也越来越高，因此对电力设备等造成为危害也越来越严重，因此对短路故障限流器的研究也越来越重要。
磁饱和开关型电抗器就是多种电抗器中的一种，在系统正常工作时，由于直流励磁电路的励磁作用，磁饱和开关型电抗器达到磁饱和状态，此时电抗器呈现为低阻抗，对电力系统的正常运行影响很低；而当系统发生短路故障时，由于交流侧的突增的短路电流同原本的直流励磁相抵消，使得磁饱和开关型电抗器退出磁饱和状态，呈现为高阻态，从而达到限制短路故障电流的效果。
传统的磁饱和开关型电抗器具有正常工作时损耗小，故障发生时反应快等优点，但是同时运行效率低，铁芯使用效率只有50％，正常工作时直流励磁电流需求大等问题都导致传统型磁饱和开关型电抗器无法适应现阶段的实际运行状态。近年来，针对这些问题，各国专家提出了很多新的磁饱和开关型电抗器结构，采用开环铁芯的方式减少电抗器铁芯的使用，减少铁芯损耗，但同时，由于开环方式使得正常工作时对直流励磁电流的需求增大，不仅增大了直流励磁电源的设计难度，同时必须使用超导线圈以达到所需要的载流量。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种单相饱和铁芯型故障限流器，具有结构简单、占用空间小、稳定高效等特点，能够有效限制短路故障电流，同时降低磁饱和开关型电抗器对直流励磁电流的需求，节约使用成本，经济实用。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种单相饱和铁芯型故障限流器，包括口字型铁芯、一组交流线圈绕组和两组直流线圈绕组；
其中，两组直流线圈绕组分别绕制在口字型铁芯相对的两侧铁芯上，且两组直流绕组以反向串联方式接入直流励磁电路中；所述交流线圈绕组包裹在两组直流线圈绕组外侧，且交流线圈绕组串联在交流电源和系统负载之间。
通过采用两组直流励磁线圈反向串联方式进行连接，两组直流线圈产生的直流磁通在口字型铁芯中形成环路，从而使得在相同直流励磁条件下，本发明中的饱和铁芯型故障限流器更容易进入饱和状态。
进一步的，所述两组直流线圈绕组的匝数相同。由于两个直流励磁绕组采用反向串联接法，匝数相同，因此，直流励磁在交流线圈中产生的谐波也被抵消，从而减小功率损耗。
进一步的，所述交流线圈绕组及直流线圈绕组采用丝包扁铜线制成，且口字型铁芯采用硅钢片制成，成本较低且导磁能力强。
进一步的，所述口字型铁芯的截面为圆形、椭圆形或矩形。
有益效果：本发明提供的一种单相饱和铁芯型故障限流器，相对于现有技术，具有以下优点：1、与传统的单相磁开关式故障限流器一样，当系统正常工作时，限流器呈现为低阻抗状态，当系统出现短路故障时可以迅速呈现为高阻抗，有效限制短路电流的大小；
2、相比于传统的单相磁开关式故障限流器，本发明提出的结构可以很大程度上减少限流器所需要的铁芯材料，减少电抗器的制造成本，同时减少实际运行时的铁芯损耗，提高了电抗器的运行效率；
3、在相同的直流励磁条件下，本发明中的饱和铁芯型故障限流器更容易进入饱和状态，因此在系统正常工作时，本发明可以降低直流励磁系统的设计难度，以及直流励磁线圈的制造难度。
附图说明
图1为本发明实施例的电路原理图；
图2为本发明实施例的结构示意图；
图3为本发明与传统磁饱和开关型电抗器在直流励磁电流0～100A条件下的磁感应强度曲线图；
图4为本发明与传统磁饱和开关型电抗器在短路故障发生且励磁电流大小为0时的限流效果比较图；
图中包括：1—口字型铁芯，2、4—直流线圈绕组，3—交流线圈绕组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1、2所示为一种单相饱和铁芯型故障限流器，包括口字型铁芯1、一组交流线圈绕组3和两组直流线圈绕组2、4；
其中，两组直流线圈绕组2、4分别绕制在口字型铁芯1相对的两侧铁芯上，且两组直流绕组2、4以反向串联方式接入开关S2、直流励磁电源DC和电阻R2之间，构成直流励磁回路；所述交流线圈绕组3同时绕制于两组直流线圈绕组2、4外侧，且交流线圈绕组1串联在交流电源AC、线路阻抗R1、开关S1和负载RL之间，构成交流回路。
本实施例中，所述两组直流线圈绕组2、4的匝数相同，且反向串联；所述交流线圈绕组3及直流线圈绕组2、4采用丝包扁铜线制成，且口字型铁芯1采用DQ120-30硅钢片制成。
本发明中，所述口字型铁芯的截面可采用圆形、椭圆形或矩形，且铁芯的截面积、线圈匝数以及铁芯的气隙长度等由短路故障的容量以及所需电抗器的电抗值决定。
本发明的工作原理如下：
在系统正常工作时，直流励磁电路对电抗器进行充电，此时铁芯1的两个铁芯柱都达到饱和状态，此时铁芯1呈现低阻抗，对于整个系统的影响很小；当开关S3闭合时，相当于系统发生了短路故障，此时，由于交流线圈中的交流电流突然增大，在交流正半周，铁芯1左侧的铁芯柱中增大交流电流磁链和直流励磁电流磁链抵消，无法使得铁芯进入饱和状态，而铁芯1右侧的铁芯柱中交流磁链和直流磁链相叠加，仍然为饱和状态，此时的电抗器整体呈现为高阻抗状态，从而限制增大的短路电流。在交流负半周，铁芯1右侧的铁芯柱中增大交流电流磁链和直流励磁电流磁链抵消，无法使得铁芯进入饱和状态，而铁芯1左侧的铁芯柱交流磁链和直流磁链相叠加，仍然为饱和状态，此时的电抗器整体呈现为高阻抗状态，依次交替，从而实现对短路电流电流的限制作用。
下面通过有限元仿真软件对本发明在短路故障时的限流效果进行验证，同时和传统磁饱和开关型电抗器在正常工作状态时的直流励磁效果进行比较。
如图3所示为当直流励磁为0～100A条件下，对应铁芯中磁感应强度的比较曲线，其中实线为新型磁饱和开关型电抗器(本发明提出的结构)在0～100A励磁电流条件下的铁芯饱和程度曲线，而虚线为传统饱和开关型电抗器在0～100A励磁电流条件下的铁 芯饱和程度曲线。从图中不难发现，在很小的直流励磁条件下，新型磁饱和开关型电抗器已经能够达到饱和，但是传统的磁饱和开关型电抗器在励磁电流达到100A时，仍然很难达到饱和，由此可见，新型的磁饱和开关型电抗器相比于传统的磁饱和开关型电抗器可以极大地降低直流励磁电流的需求，减少直流励磁部分的设计难度。
如图4为当故障发生且励磁电流大小为0时两者的限流效果比较，虚线为未加装电抗器时发生短路故障时，系统中流过的短路故障电流曲线，实线为加装新型磁饱和开关型电抗器时的线路电流曲线，带圆点的实线为加装传统型磁饱和开关型电抗器时线路电流曲线，由图4不难看出，加装本发明和传统电抗器时，所具有的限流效果是相近的，本发明在解决了饱和状态所需直流电流过大问题的同时，也保留有原本传统饱和电抗器的限流效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种单相饱和铁芯型故障限流器，其特征在于，包括口字型铁芯、一组交流线圈绕组和两组直流线圈绕组；
其中，两组直流线圈绕组分别绕制在口字型铁芯相对的两侧铁芯上，且两组直流绕组以反向串联方式接入直流励磁电路中；所述交流线圈绕组绕制于两组直流线圈绕组外侧，且交流线圈绕组串联在单相交流电路中。
2.根据权利要求1所述的一种单相饱和铁芯型故障限流器，其特征在于，所述两组直流线圈绕组的匝数相同。
3.根据权利要求1所述的一种单相饱和铁芯型故障限流器，其特征在于，所述交流线圈绕组及直流线圈绕组采用丝包扁铜线制成，且口字型铁芯采用硅钢片制成。
4.根据权利要求1所述的一种单相饱和铁芯型故障限流器，其特征在于，所述口字型铁芯的截面为圆形、椭圆形或矩形。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107181245A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-19 | 东南大学 | 一种单相饱和铁芯型故障限流器 |
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