本发明专利技术提出了一种基于绝缘挡板的液态金属限流装置和方法，所述装置通过机械连杆将快速转换开关和液态金属限流单元相互结合以提高该限流器的额定电流和限流效率。正常工作情况下，额定电流流过快速转换开关，几乎无通态损耗；短路故障发生时，快速转换开关在金属斥力盘的带动下快速打开，使故障电流完全转移至液态金属限流单元中，此时金属斥力盘同时带动所述限流装置中的绝缘挡板运动，使得限流单元中通流孔内液柱急速变细并收缩起弧。随着挡板与绝缘隔板相互交错，该方法可快速挤压限流单元中的电弧弧柱，进而实现高效限流。本发明专利技术结构简单，特别适用于限制中低压领域交直流系统故障电流，可以帮助减轻断路器等各种电气设备的负担。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于限制高压、中压或低压开关设备中的故障电流
，特别涉及一种基于绝缘挡板的液态金属限流装置和方法。
技术介绍
随着电力系统容量的逐年增加，电网短路容量和短路电流水平也在不断增长，目前这已成为制约电网运行和发展的一个重要问题。因此，研究有效的短路限流装置，以限制电力系统的短路容量，从而提高电力系统的运行可靠性，已成为目前我国电力系统安全稳定运行和电力建设、发展的迫切问题。到目前为止，应用于短路限流方面的技术主要有：串联限流电抗、固态短路故障限流、超导故障限流器、PTC电阻限流或使用大容量断路器、限流熔断器等等。串联限流电抗是以往用于限流的常规做法，但其在电网正常工作情况下，会不可避免消耗电能，造成不必要的经济损失。固态短路故障限流技术是随电力电子技术快速发展的限流方式，主要由常规电抗器、电力电子器件(可控功率半导体器件)和控制器构成，但是由于大电流电力电子器件存在的固有损耗问题，使其在应用上受到限制。超导故障限流器在20世纪80年代发现高温超导体以后而备受关注，但是超导材料用于大功率场合方面的应用技术尚不成熟、可靠性差，同时由于超导体恢复到超导态时间较长，一般难以满足自动重合闸等方面的要求，还存在恢复时需要液氮等附属的冷媒及制冷设备，
附加的损耗大等问题。限流式熔断器是目前唯一商业化的故障电流限流器，利用熔断器的快速性可将短路电流在到达第一个峰值前强行限制但是熔断器为单次动作，降低了系统运行的自动化水平，同时由于其自身起弧的时间较长，对于复杂结构的电网来说，牺牲了保护的选择性。
技术实现思路
基于此，本专利技术公开了一种基于绝缘挡板的液态金属限流装置，所述装置包括：快速转换开关、液态金属限流单元和断路器；所述快速转换开关和液态金属限流单元通过绝缘连杆相连接，且快速转换开关和液态金属限流单元相并联；所述快速转换开关和液态金属限流单元并联后与所述断路器串联；所述快速转换开关包括主连杆，所述液态金属限流单元包括拉杆；所述主连杆通过绝缘连杆与拉杆相连接。并公开了一种基于绝缘挡板的液态金属限流方法，所述方法包括以下步骤：S100、将快速转换开关和液态金属限流单元并联后与断路器串联；S200、当线路负载发生短路故障时，利用快速转换开关中的桥式触头带动与之连接的主连杆，进而实现快速转换开关中的桥式触头的能够在500μs内分断，使电流在200μs内转移到液态金属限流单元
的支路上。本专利技术所述的装置和方法能够有效抑制短路故障电流，减轻断路器等各种电气设备的负担。附图说明图1为本专利技术一个实施例中的金属限流单元的整体结构示意图；图2(a)-2(d)为本专利技术一个实施例中金属限流单元工作时的原理示意图；图3(a)为本专利技术一个实施例中的液态金属限流单元的剖面图；图3(b)为本专利技术一个实施例中的液态金属限流单元二分之一模型结构示意图；其中，1a和1b为装置两端的固态电极，2为填充在该装置内的液态金属，并未充满整个空间，3为固定绝缘隔板，4为绝缘挡板，5为隔板上的通孔，6为外壳，7为绝缘拉杆；图4为本专利技术一个实施例中液态金属限流单元的工作原理示意图；图5(a)为本专利技术一个实施例中快速转换开关的合闸结构原理图，图5(b)为本专利技术一个实施例中快速转换开关的分闸结构原理图；其中，8为桥式动触头，9为静触头，10为合闸线圈，11为分闸线圈，12为金属斥力盘，13为主连杆。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术进行进一步的说明；在一个实施例中，本专利技术公开了一种基于绝缘挡板的液态金属限流装置，所述装置包括：快速转换开关、液态金属限流单元和断路器；所述快速转换开关和液态金属限流单元通过绝缘连杆相连接，且快速转换开关和液态金属限流单元相并联；所述快速转换开关和液态金属限流单元并联后与所述断路器串联；所述快速转换开关包括主连杆，所述液态金属限流单元包括拉杆；所述主连杆通过绝缘连杆与拉杆相连接。在本实施例中，如图1所示：将快速转换开关(FTS)和液态金属限流单元(LMCL)相互结合后再与断路器(CB)串联；其中，快速转换开关包括桥式触头系统和线圈-金属盘，其中桥式触头系统包括动触头和静触头，线圈-金属盘包括金属斥力盘、分闸线圈和合闸线圈。其中动触头、主连杆、绝缘挡板及拉杆相互连接在一起。液态金属限流单元LMCL包括外壳以及设置在该外壳两侧的导电电极，且装置内的空腔填充有未充满的液态金属。在一个实施例中，所述快速转换开关还包括：桥式触头、分闸线圈、合闸线圈、及金属斥力盘；所述桥式触头包括动触头和静触头；所述桥式触头与主连杆相连接；所述分闸线圈与合闸线圈分别置于金属斥力盘的上方和下方。在本实施例中，所述的快速转换开关通过对分闸线圈与合闸线圈进行放电来完成分合闸操作，在脉冲电流的作用下，金属斥力盘中感应出涡流并使分、合闸线圈与金属斥力盘之间产生强大的电磁斥力，从而带动主连杆运动，实现动、静触头的快速分断。在一个实施例中，所述金属限流单元还包括：第一电极、第二电极、第一绝缘隔板、第二绝缘隔板、绝缘挡板以及外壳；所述绝缘挡板置于第一绝缘隔板和第二绝缘隔板之间，且所述绝缘挡板与拉杆相连接；所述第一电极与第二电极设置在所述外壳的两侧；所述第一绝缘隔板、第二绝缘隔板、绝缘挡板位于外壳内。在本实施例中，所述第一绝缘隔板、第二绝缘隔板与外壳共同构成收缩-扩展结构，所述收缩-扩展结构为一个或多个；所述收缩-扩展结构中填充有液态金属，但为充满整个结构。在系统正常运行时，由于快速转换开关动静触头间电阻仅为μΩ级，其通态压降及电能损耗可忽略，而液态金属限流单元LMCL的电阻则相对较大，因此电流主要从快速转换开关FTS流过。在一个实施例中，所述第一绝缘隔板设置有第一通流孔，第二绝缘隔板上设置有第二通流孔，绝缘挡板设置有第三通流孔，所述第一通流孔、第二通流孔和第三通流孔的位置相互正对，且大小相同；所述第一通流孔、第二通流孔和第三通流孔的通孔直径不小于12mm。在本实施例中，所述第一通流孔、第二通流孔和第三通流孔的通孔直径不小于12mm，采用较大通孔孔径可有效延迟电弧起弧速度，避免电流未完全转移至限流装置时发生起弧现象，以烧蚀和损毁快速转换开关触头系统。当快速转换开关打开时，故障电流在200μs内完全转移至限流装置中，转移完成时的短路电流达到Ic，液态金属限流单元未起弧时的电阻为RLM，则Ic*RLM〈Uarc，其中Uarc为动触头与静触头打开时的电弧电压降，一般为40V左右，根据所确定的液态金属限流单元的电阻RLM，结合液态金属电阻率，来确定通孔孔径的最小值。为了使得限流效率较高，一般需在短路电流完全转移后500μs以内起弧，可结合绝缘挡板的运动速度来确定通孔孔径最大值。在一个实施例中，所述液态金属限流单元内部分填充有液态金属；所述液态金属为镓铟锡合金或汞。在本实施例中，在液态金属限流单元中填充液态金属，是为了防止起弧后造成所述金属限流单元内部因压力过大而损坏。所述液态金属可为镓铟锡合金或金属汞，由于汞含有毒性，建议采用镓铟锡液态金属，该金属常温下为液态，但其熔点仅为10℃左右，为防止低温使用时发生结冻现象，使用中可对其进行辅助加热措施，如用加热丝覆盖等。在本实施例中，所述的液态金属被填充在由绝缘隔板与封装外壳所构成的一系列收缩-扩展结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于绝缘挡板的液态金属限流装置，其特征在于，所述装置包括：快速转换开关、液态金属限流单元和断路器；所述快速转换开关和液态金属限流单元通过绝缘连杆相连接，且快速转换开关和液态金属限流单元相并联；所述快速转换开关和液态金属限流单元并联后与所述断路器串联；所述快速转换开关包括主连杆，所述液态金属限流单元包括拉杆；所述主连杆通过绝缘连杆与拉杆相连接。
【技术特征摘要】
1.一种基于绝缘挡板的液态金属限流装置，其特征在于，所述装置包括：快速转换开关、液态金属限流单元和断路器；所述快速转换开关和液态金属限流单元通过绝缘连杆相连接，且快速转换开关和液态金属限流单元相并联；所述快速转换开关和液态金属限流单元并联后与所述断路器串联；所述快速转换开关包括主连杆，所述液态金属限流单元包括拉杆；所述主连杆通过绝缘连杆与拉杆相连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，优选的，所述快速转换开关还包括：桥式触头、分闸线圈、合闸线圈、及金属斥力盘；所述桥式触头包括动触头和静触头；所述桥式触头与主连杆相连接；所述分闸线圈与合闸线圈分别置于金属斥力盘的上方和下方。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述金属限流单元还包括：第一电极、第二电极、第一绝缘隔板、第二绝缘隔板、绝缘挡板以及外壳；所述绝缘挡板置于第一绝缘隔板和第二绝缘隔板之间，且所述绝缘挡板与拉杆相连接；所述第一电极与第二电极设置在所述外壳的两侧；所述第一绝缘隔板、第二绝缘隔板、绝缘挡板位于所述外壳内。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述第一绝缘隔板设
\t置有第一通流孔，第二绝缘隔板上设置有第二通流孔，绝缘挡板设置有第三通流孔，所述第一通流孔、第二通流孔和第三通流孔的位置相互正对，且大小相同；所述第一通流孔、第二通流孔和第三通流孔的通孔直径不小于12mm。5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述金属限流单元内部分填充有液态金属；所述液态金属为镓铟锡合金或汞。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：当所述快速转换开关分闸时，对分闸线圈通以电流峰值不小于10kA的脉冲电流，...
【专利技术属性】
技术研发人员：何海龙，吴翊，荣命哲，纽春萍，郭安祥，周艺环，宋元峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，国网陕西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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