故障电流限制器制造技术

故障电流限制器，属于电力系统的短路限流保护装置，目的在于克服现有技术在偏置电流源设计方面的不足之处，减少正常运行时限流装置的电阻损耗。本发明专利技术包括变压器，变压器的铁心上绕制一次侧线圈和二次侧线圈，变压器的铁心工作在线性区，变压器一次侧线圈串联接入电力系统主回路，可控开关并联限流电阻之后同变压器二次侧线圈相连，通过控制可控开关的开、闭状态调节呈现的限流阻抗大小，短路电流能被快速地限制在一定水平上。本发明专利技术运行损耗低，结构简单，响应迅速，有利于减小现有开关设备、断路器的损耗，节省电力部门的投资。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统的短路限流保护装置，特别涉及一种故障电流 限制器。
技术介绍
为有效抑制短路故障给电力系统及用户带来的巨大危害，保证电力 系统运行的安全性、可靠性和稳定性，必须采取行之有效的方法限制短 路电流，切断故障线路。传统的限流措施主要有以下形式(1) 发展高电压等级的电力系统，将低电压等级电力系统解列分片运 行。这种措施可以有效抑制系统短路(电流)容量，但将降低电网供电 可靠性和运行灵活性，同时建造高一级电压的环网不仅复杂、造价昂贵， 而且涉及到环境电磁污染问题。(2) 采用多母线运行或母线分段运行。对控制短路电流增长也很有 效，但并非电网发展的趋势，不能实现电网能源的最优配置。(3) 采用熔断式保护器。该措施对切断短路电流起到积极作用，但其反应速度较慢，不利于电网的稳态和暂态稳定，且对电网的瞬间电动力没有任何抑制作用；另一方面，熔断式保护器一般是一次性的，给电网 的维护以及自动化带来不便。(4) 采用大容量断路器。从现代电力系统及其技术发展来看，这种方 案存在一定的局限性。 一方面，超大容量断路器在技术上存在相当的难 度，另一方面，系统短路电流和断路器设备遮断容量太大会加重并联设 备的技术要求，是不经济的。以上几种限流措施从原理到应用方式上都有所区别，均可以不同程度上实现对短路电流的约束和限制。但与此同时，它们又存在着各自的 缺陷和不足，并以另一种形式对电网产生了不利的影响。为此，人们提 出了故障限流器的概念，并开展了大量的研究工作。华中科技大学申请的申请号为200410013346.1的《直流超导故 障限流器》，该直流超导故障限流器在正常运行时，对直流系统的运行没 有任何影响；而当系统发生故障时，该直流超导故障限流器能在短路后 0. ls时间内将故障电流限制在正常值的2 3倍，具有良好的限流效果， 且不会产生过电压。该限流器采用电压源与电阻相串联来提供偏置电流， 在运行过程中会产生一定的电阻损耗，该损耗与电流的平方成正比，当 直流系统的运行电流水平较高时，偏置源所产生的损耗就会很大，会影 响系统运行的经济性。
技术实现思路
本专利技术提供一种故障电流限制器，目的在于克服现有技术在偏置电 流源设计方面的不足之处，减少正常运行时限流装置的电阻损耗。本专利技术的一种故障电流限制器，包括变压器，变压器的铁心上绕制 一次侧线圈和二次侧线圈，变压器的铁心工作在线性区，变压器一次侧线圈串联接入电力系统主回路，其特征在于可控开关并联限流电阻之 后同变压器二次侧线圈相连，通过控制可控开关的开、闭状态调节呈现 的限流阻抗大小。所述的故障电流限制器，其特征在于所述变压器一次侧线圈和二 次侧线圈的材料为超导材料。所述的故障电流限制器，其特征在于所述可控开关为断路器开关、 电力电子开关或者P丽变流器。本专利技术在电路结构中用可控开关并联限流电阻的方式来代替偏置电 压源和串联电阻，正常运行时，可控开关处于闭合状态，本专利技术故障电流限流器呈现低阻抗，对系统不产生影响；当发生短路故障后，控制可 控开关处于断开状态，使故障电流限流器呈现大阻抗来抑制故障电流的 上升。串联变压器的铁心一直工作在非饱和区域，所以该限流器在系统 中为一线性阻抗，不会产生谐波。当发生故障时，通过可控开关迅速开 断，由于限流电阻的存在，不会产生过电压。可控开关的合适选取能有 效保证限流器的动态响应特性。由于是在二次侧线圈实现开断和闭合等 操作，通过变压器的隔离，可以方便地选择变比来确定可控开关的电压 电流等级，从而使限流器的性价比最优。该限流器可以立刻把大的短路 电流限制在比较低的水平，该限流器运行损耗低，结构简单，响应迅速， 有利于减小现有开关设备、断路器的损耗，节省电力部门的投资。附图说明图1为本专利技术应用于交流电力系统的电路示意图； 图2为本专利技术应用于交流电力系统的等效电路图； 图3 (a)为本专利技术实施例1应用于交流系统的变压器一次侧系统电 流的波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为系统电流z; (A);并将有故障电流限制器与无故障电流限制器时作比较。图3 (b)为本专利技术实施例1应用于交流系统的变压器一次侧电压^的波形，横坐标为时间(S)，纵坐标为变压器一次侧电压,(V);图3 (c)为本专利技术实施例1应用于交流系统的变压器二次侧电压2的波形，横坐标为时间(S)，纵坐标为变压器二次侧电压^ (V);图4 (a)为本专利技术实施例1同主断路器配合时主断路器上流过的电 流波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为主断路器上流过的电流(A)， 并将有故障电流限制器与无故障电流限制器时作比较；图4 (b)为本专利技术实施例1同主断路器配合时主断路器开断线路时 的暂态恢复电压波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为主断路器上暂态恢复电压7W (V)，并将有故障电流限制器与无故障电流限制器时作比较。 图5为本专利技术实施例2应用于交流电力系统的电路示意图6为本专利技术实施例2应用于交流系统的变压器一次侧系统电流/,的波形，横坐标为时间(S)，纵坐标为系统电流/, (A);并将有故障电 流限制器与无故障电流限制器时作比较。图7为本专利技术实施例1和实施例2的限流波形比较图。横坐标为对间(S)，纵坐标为系统电流/, (A);具体实施例方式由图1所示，本专利技术包括变压器l、限流电阻i 及可控开关S，变压器 l的结构为，在铁心上绕制一次侧线圈W1、 二次侧线圈W2， 一次侧线圈W1串联接入交流系统，交流系统的等效电压源t/,，线路阻抗和负载阻抗分别为Z,，A，主断路器CB。可控开关S并联限流电阻A之后同二次侧线圈 W2相连。变压器l的铁心工作在线性区，通过控制可控开关的闭合和断开 来调节限流器串接入系统的限流阻抗。基于变压器的等效电路关系，本专利技术应用于交流电力系统的等效电 路如图2所示，A,《，Z^,&分别是变压器一次侧线圈W1和二次侧线圈W2的 自感和电阻，i^,M为线圈之间的励磁电阻和互感，在此采用超导变压器 模型，省略掉线圈电阻《,^和励磁电阻i^。当系统正常运行时，可控开 关处于闭合状态。根据图2可以得出，此时限流器呈现的阻抗 ^ra^X丄,2—M2)/A，由于M-A:VZ^ (其中k为耦合系数)，故有 Z^a=)W(l-P)A。在耦合非常好的情况下，k可以近似为l，此时该限 流器接入系统的阻抗非常之小，相对于电网来说完全能够忽略不计，对 系统没有影响。当发生短路故障时，系统电流开始上升，感应到二次侧的电流也会 有所增加。当系统电流上升至一定阈值，控制可控开关处于断开状态，限流电阻以及变压器的电感一同接入系统主回路来限制故障电流，限流 阻抗为Z^^V^+^^。由此可见，Z^^的幅值和相位由限流电阻i 和超导线圈自感z^^共同决定，限流阻抗中的阻性成分还能够抑制短路电流的稳态值。实施例l，变压器选用常导变压器，可控开关s选用断路器开关，限流电阻选用线性电阻，负载回路的交流电源为理想电压源。结构参数如下C/,220sin^ V， 变压器线圈的自感和互感为 A二丄广20附仏M^19.6w// ,变压器线圈的电阻和励磁电阻为 A二^:0.5Q,/^二0.49Q ，线路阻抗Z^(0.19 + 2.16/)Q ,负载阻抗为 Z2=15 + 2_/Q,限流电阻i 二8Q，工频/ = 50他。图3(a)、 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种故障电流限制器，包括变压器，变压器的铁心上绕制一次侧线圈和二次侧线圈，变压器的铁心工作在线性区，变压器一次侧线圈串联接入电力系统主回路，其特征在于：可控开关并联限流电阻之后同变压器二次侧线圈相连，通过控制可控开关的开、闭状态调节呈现的限流阻抗大小。

【技术特征摘要】
1.一种故障电流限制器，包括变压器，变压器的铁心上绕制一次侧线圈和二次侧线圈，变压器的铁心工作在线性区，变压器一次侧线圈串联接入电力系统主回路，其特征在于可控开关并联限流电阻之后同变压器二次侧线圈相连，通过控制可控开关的开、闭状态调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐跃进，陈磊，石晶，宋萌，任丽，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]