兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器制造技术

本实用新型专利技术提出一种兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器，包括：环形的变压器铁芯、三组交流耦合线圈和一组辅助线圈；所述三组交流耦合线圈和辅助线圈均以相同的绕向卷绕在所述变压器铁芯上；所述三组交流耦合线圈中，任意一组交流耦合线圈串联接入三相电网的一相线路中，且任意两组交流耦合线圈接入三相电网的不同相线路中；所述辅助绕组两端并联基于IGBT的电压源变流器或反并联晶闸管，所述三组交流耦合线圈的变比为1∶1∶1，而所述辅助线圈与所述任意一组交流耦合线圈的变比为1∶k。本实用新型专利技术能有效针对故障性及正常性不平衡进行治理，同时兼具故障电流限制功能，在电网无不平衡及短路故障时又不影响电网的运行工况及安全稳定性。

Three phase unbalanced controller with fault current limiting function

The utility model provides a three-phase unbalance controller with a fault current limiting function, including a ring transformer iron core, three sets of AC coupling coils and a set of auxiliary coils; the three sets of AC coupling coils and auxiliary coils are coiled on the iron core of the voltage transformer with the same winding direction; the three groups of AC coupling are coupled. In the coil, any group of AC coupling coils are connected in series into one phase line of the three-phase grid, and any two groups of AC coupling coils are connected to different phase lines of the three-phase power grid; the auxiliary windings are parallel to the voltage source converter or anti parallel thyristor based on IGBT, and the ratio of the three sets of AC coupling coils is 1: 1: 1 The ratio of the auxiliary coil to any set of AC coupling coils is 1: K. The utility model can effectively control the failure and normal unbalance, and also has the function of the fault current restriction. It does not affect the operating condition and safety stability of the power grid when the power grid is balanced and short circuit fault.

【技术实现步骤摘要】
兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器
本技术涉及电工
，尤其是一种兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器，可针对故障性/稳态性不平衡及短路故障进行治理。
技术介绍
电力系统三相不平衡可分为故障性不平衡和正常性不平衡两种，故障性不平衡指电网在发生各种不对称接地故障时发生的不平衡工况，如单相接地故障、两相相间故障等；正常性不平衡指电网在稳态运行时发生的不平衡工况。故障性不平衡通常需要进行故障保护，在电网规模发展的背景下，电网短路电流水平不断提高，故障保护的难度不断提高，迫切需要一种可有效限制故障性暂态不平衡的治理方法。正常性不平衡由发、输、变、配、用五个环节的不平衡运行造成，通常发电机和变压器的对称性较好，不平衡主要由输电线路及用电负荷的不对称造成。当前不平衡治理器主要通过转换开关进行负荷重新调整分配，无法快速针对正常性不平衡进行相应，更无法有效应对故障性不平衡及接地故障进行治理。因此，目前迫切需要一种能够适用于故障性及正常性不平衡进行治理的不平衡治理设备，同时可针对各种暂态故障进行快速故障电流限制。
技术实现思路
专利技术目的：为解决现有不平衡治理器无法快速针对正常性不平衡进行相应，更无法有效应对故障性不平衡及接地故障进行治理的技术问题，本技术提出一种兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器，该兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器能够在电网无不平衡及短路故障时有效针对故障性及正常性不平衡进行治理，同时不影响电网的运行工况及安全稳定性。技术方案：为实现上述技术效果，本技术提出以下技术方案：兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器，包括：环形的变压器铁芯、三组交流耦合线圈和一组辅助线圈；所述三组交流耦合线圈和辅助线圈均以相同的绕向卷绕在所述变压器铁芯上；所述三组交流耦合线圈中，任意一组交流耦合线圈串联接入三相电网的一相线路中，且任意两组交流耦合线圈接入三相电网的不同相线路中；所述辅助绕组两端并联基于IGBT的电压源变流器或反并联晶闸管；所述三组交流耦合线圈的变比为1∶1∶1，而所述辅助线圈与所述任意一组交流耦合线圈的变比为1∶k。进一步的，所述三组交流耦合线圈和所述辅助线圈两端分别并联断路器，所述断路器在三相不平衡治理器正常时处于开断状态，在设备出现自身故障及小电流接地故障时闭合。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：本技术能够在电网正常(三相平衡且无短路故障)时，接入电网后对电网潮流三相平衡度及线路电流无影响，当存在三相不平衡工况时，能快速降低三相电流的不平衡；当发生不平衡接地故障时，能快速限制故障电流水平；在发生平衡接地故障时，也可限制故障电流水平。本专利技术中兼具故障电流限制功能的磁路约束型三相不平衡治理器的整机运行损耗较低，可实现负载电流不平衡时的自适应治理响应，不平衡治理的动作速度快。同时，可实现故障电流发生时的自适应限流响应，故障限流的动作速度快。附图说明图1为本技术所述兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器的结构原理图；图2为本技术所述兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器在三相电网中的接入图；图3为辅助绕组的功能接线图；图4为电网无不平衡及短路故障时本专利技术所述兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器接入电网前后的三相电流对比图；图5为电网存在正常性不平衡时本专利技术所述兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器接入电网前后的三相电流对比图；图6为电网存在正常性不平衡时本专利技术所述兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器接入电网前后的三相电流局部放大图；图7为电网发生单相接地故障时本专利技术所述兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器接入电网前的三相电流图；图8为电网发生单相接地故障时本专利技术所述兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器接入电网后的三相电流图。具体实施方式下面结合附图对本技术作更进一步的说明。图1所示为本技术所述兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器的结构原理图，图2所示为所述兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器接入三相电网的系统接入图；如图所示，所述兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器包括：一个环形铁芯，铁芯上安装有三组耦合绕组，设这三组耦合绕组分别为耦合绕组A、耦合绕组B和耦合绕组C。耦合绕组A接入电网的A相线路，耦合绕组B接入电网的B相线路，耦合绕组C接入电网的C相线路，三组耦合绕组以相同的方向卷绕在变压器铁芯上，环形铁芯上还安装有一组辅助绕组，辅助绕组的绕向与另外的三组耦合绕组一致；所述辅助绕组两端并联基于IGBT的电压源变流器或反并联晶闸管，其连接拓扑如图3所示，辅助绕组在故障性及正常性不平衡时均处于退出状态，仅在电网出现平衡短路故障时投入运行，运行时，通过基于IGBT的电压源变流器或反并联晶闸管调节辅助绕组中的电流来抑制电路中的平衡接地故障及补偿低/过电压：当发生对称接地故障时，通过控制辅助绕组中的电流调节变压器铁芯的磁通，使变压器铁芯中产生不平衡磁通，进而产生感应电感以限制故障电流；当发生低电压/过电压时，通过调节辅助绕组中的电流调节变压器铁芯的磁通，在三组交流耦合线圈中感应出补偿电压，从而使低电压或过电压达到正常电压水平。当采用VSC(基于IGBT的电压源变流器)控制辅助绕组时，辅助绕组可以通过三相绕组直接取电，即利用三相绕组进行整流提供VSC所需的直流电压，也可以利用外部独立电源提供VSC所需的直流电源；当采用反并联晶闸管式，辅助绕组与三相绕组独立，不需要外部提供直流电源。上述技术方案中，三组耦合绕组的变比为1∶1∶1，可保证该设备在电网稳态运行时无不平衡压降，不破坏电网原有的不平衡状态。而辅助绕组与任意一组耦合绕组的变比为1∶k。优选的，三组耦合绕组及一组辅助绕组两端分别并联旁路开关，设备正常时旁路开关处于开断状态。旁路开关仅在设备自身故障及小电流接地故障时闭合，用于设备自身保护及小电流接地时非故障相的正常供电。本技术对于三相对称性故障，可通过对辅助绕组磁通控制实现三相对称故障的故障电流限制，以下通过具体实施例进一步说明本技术的工作原理。当利用基于行波/小波故障识别技术的不平衡保护/纵差保护监测到对称故障，通过VSC或反并联晶闸管调节辅助绕组的电流到其定值，使发生三相对称故障的故障电流水平低于断路器遮断容量，此时断路器可正常分断故障电流；当低/过电压发生时，当检测到低/过电压时，通过VSC或反并联晶闸管调节辅助绕组的电流使三相绕组的输出电压达到其额定值，完成低/过电压的治理。取三相不平衡治理器的主电气参数为400V/60kVA，空载电流1％，短路阻抗4％，空载损耗0.025％，空载损耗为0.014％。电网侧为10kV电源加10kV/400V配电变压器对负载供电，负载为54欧姆的电阻及0.063H的电抗串联。在电网正常工况时，即电网三相平衡且无短路故障。三相不平衡治理器接入电网前及接入电网的三相电流仿真图如图4所示，图中有三组曲线：Ia、Ib、Ic，分别为三相电网A、B、C相线路中三相不平衡治理器接入电网前后的电流。其中，三根实线为三相不平衡治理器接入电网前的三相电流曲线，三根虚线为三相不平衡治理器接入电网后的三相电流曲线。从仿真图中可看出，三相不平衡治理器接入电网前后的电流峰值保持在6A不变，对电网潮流无影响。在正常性不平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器，其特征在于，包括：环形的变压器铁芯、三组交流耦合线圈和一组辅助线圈；所述三组交流耦合线圈和辅助线圈均以相同的绕向卷绕在所述变压器铁芯上；所述三组交流耦合线圈中，任意一组交流耦合线圈串联接入三相电网的一相线路中，且任意两组交流耦合线圈接入三相电网的不同相线路中；所述辅助绕组两端并联基于IGBT的电压源变流器或反并联晶闸管；所述三组交流耦合线圈的变比为1∶1∶1，而所述辅助线圈与所述任意一组交流耦合线圈的变比为1∶k。

【技术特征摘要】
1.兼具故障电流限制功能的三相不平衡治理器，其特征在于，包括：环形的变压器铁芯、三组交流耦合线圈和一组辅助线圈；所述三组交流耦合线圈和辅助线圈均以相同的绕向卷绕在所述变压器铁芯上；所述三组交流耦合线圈中，任意一组交流耦合线圈串联接入三相电网的一相线路中，且任意两组交流耦合线圈接入三相电网的不同相线路中；所述辅助绕组两端并联基于IGBT的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴维宁，侯凯，武迪，隗华荣，朱金大，李继红，张静，章姝俊，
申请(专利权)人：国家电网公司，南京南瑞集团公司，国网电力科学研究院，国网浙江省电力公司，
类型：新型
国别省市：北京,11