CN2684435Y - 一种故障电流限制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于饱和电抗器的串联谐振型故障电流限制器。本实用新型的特征是：由饱和电抗器与电容器并联，再与电感器共同组成串联谐振电路。利用饱和电抗器的饱和特性将电容器短路，打破串联谐振状态，自动实现对短路电流的抑制。本实用新型具有实施简便、价格便宜、可靠性高、电磁兼容性好、无需另设继电保护等优点，在系统短路时或故障切除后能自动快速投入或及时失去饱和，无过电压和过电流发生，有利于电力系统稳定。

Description

一种故障电流限制器

技术领域

本实用新型属于电力系统短路故障限流研究领域，特别是涉及一种基于饱和电抗器的串联谐振型故障电流限制器。

背景技术

为减小电力系统短路故障电流，除改变电网结构、增加变压器短路阻抗等措施之外，故障电流限制器成为人们关注的热点。根据故障电流限制器的设计原理和结构可分为：高电弧电压的限流断路器、限流电抗器、超导故障电流限制器、非超导型综合式故障电流限制器等。但现有的故障电流限制器存在如下缺点：

(1)结构复杂，造价昂贵，同时增加附属装置和占地面积，在正常工作时呈电感的故障电流限制器还需装设电容补偿装置及开关、串联电抗器等设备，价格高；(2)运行损耗增加；(3)一些电感型故障电流限制器增加电网中的电感，对系统的运行有多方面的不利，如减少电网电压调整范围，减小发电机输出极限功率等。

从近期和中近期技术上的可能性(包括运行经验及相关的可靠性)、经济性(包括造价、运行费用)及对电网的不利影响(如增大线路电感)等各方面考虑，非超导型综合式故障电流限制器又受到关注，其中串联谐振型故障电流限制器的技术、经济特性较好。

2003年美国IEEE的电力与能源期刊(IEEE Transactions on Power and Energy Magazine)在第5期的第26～30页，报道了电力电子式的串联谐振型故障电流限制器，其原理是在系统出现短路时，经短路电流自动检测装置启动电力电子器件，将电容短路。但该种设备在设计和应用中存在以下不足：，

(1)用电力电子器件在短路电容器时，尚需限制合闸电流的限流电感或电阻，结构复杂；

(2)电力电子器件在大电流下的运行可靠性受到质疑；

(3)需要增设极快速(如1ms范围)的多重继电保护，技术上(如干扰)带来的可靠性问

   题比较复杂。

(4)电力电子器件抗短时大电流热效应的能力较差；

(5)价格昂贵，技术经济性差。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、运行可靠性高、价格低廉和技术经济性能好的基于饱和电抗器的串联谐振型故障电流限制器。

本实用新型是通过以下方式实现的：一种故障电流限制器，由饱和电抗器、电容器和电感器组成；饱和电抗器与电容器并联后，再与电感器共同组成串联谐振电路。利用饱和电抗器在短路大电流下的饱和特性，可将电容器短路，从而打破正常工作条件下的串联谐振状态，自动实现对短路故障电流的抑制。在故障切除后，电抗器即刻失去饱和，电容器及时接入，电路自动恢复串联谐振状态，正常运行时损耗很小。工作在电磁瞬态时，饱和电抗器和电容器互为过压保护，即电抗器对电容器可起工频过压保护，电容器对电抗器可起冲击电压保护，不必增设多重保护。

本实用新型的有益效果是：本实用新型由于采用容易获得的电容器、电感器和饱和电抗器构成，不仅具有实施简便、价格便宜、工作损耗小、可靠性高、电磁兼容性好、抗短时大电流热效应能力强、无需另设继电保护等优点，而且在限制短路电流时具有自动快速投入、无过电压和过电流发生、故障切除后电抗器及时失去饱和等特点，有利于电力系统电压稳定和暂态稳定，在断路器多次重合时有更好的性能表现。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理和实施接线图。

图2是本实用新型实施例的一个模拟试验电路图。

图3是模拟试验中电容器无并联饱和电抗器时突发短路的电流和电压示波图。

图4是模拟试验中电容器并联饱和电抗器后突发短路时的电流和电压示波图。

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型的一个最佳实施例。

本实用新型的实施接线按图1原理进行，其中：C为电容器，1500μF；L为电感器，7mH；L_B为饱和电抗器，不饱和时为100mH，饱和时为0.1mH。在系统发生短路故障时，饱和电抗器迅速趋于饱和并将电容器短路，打破正常工作条件下的串联谐振状态，自动实现对短路故障电流的抑制。在故障切除后，电抗器即刻失去饱和，电容器及时接入，电路自动恢复串联谐振状态。

图2为显示本实用新型实施方式和应用效果的一个模拟试验电路。其中：U_s为试验电源，220V；L_s模拟电源和线路感抗，15mH；K为开关。试验分为两种情形：

(1)模拟电容电感串联电路(在图2中，电容器无并联饱和电抗器元件)突发短路

   的电流和电压波形，见图3：电流25A/div，电压100V/div，时间10ms/div。其

   中上部为短路电流波形，下部为电容电压波形。在短路开始的第1个半波电流

   很小，这将有助于限流，特别是对高速开关的关合时间要求较低。但无论短路

   电流相位如何，在电容电感串联电路中总有相当大的暂态电流出现。

(2)模拟电容器上并联饱和电抗器后突发短路时的电流和电压波形，见图4：电流

   25A/div，电压100V/div，时间10ms/div。其中上部为短路电流波形，下部为电

   容电压波形。由于电抗器的饱和作用，电容电压很低并呈马鞍形，基本将电容

   短路。此时由于电抗器上并有大电容，无过电压。饱和电抗器参数选择恰当，

   亦无脉冲过电流产生。此时本实用新型表现为良好的限流特性。

本实用新型设计中选择各个元件参数的原则如下(设U为电网电压，I_a为限制后的目标短路电流水平，ω为工频角频率，X为电源和线路的电抗，L_B1为电抗器不饱和时的电感，L_B2为电抗器饱和时的电感)：

(1)ω²L_B1C＞1；

$\left(2\right)\frac{\mathrm{\ω}{L}_{B1}}{1-{\mathrm{\ω}}^2{L}_{B1}C}+\mathrm{\ωL}=0;$

$\left(3\right)\mathrm{\ω}(L_{B2}+L)+X=\frac{U}{I_a}.$

Claims (1)

1.一种故障电流限制器，由饱和电抗器、电容器和电感器组成，其特征是：饱和电抗器与电容器并联后，再与电感器共同组成串联谐振电路。