一种短路故障限流器制造技术

一种放电式短路故障限流器，涉及输配电网故障限流器。它是在已有的短路故障限流器的限流电感两端并联一个辅助电感和放电管的串联回路而构成单相的短路故障限流器。本发明专利技术不但能够限制故障电流的峰值，而且能够限制故障电流在任意时刻的电流上升速度和稳态值，同时，限流器可实现自动限流，不需要任何控制电路。在取消偏压电源前提下，其体积和成本也得以减小。本发明专利技术按照已有短路故障限流器在单相或三相电路中的连接方法，可构成多种电路结构。本发明专利技术结构简单，限流能力强，对线路影响小，可提高电网电能质量及高压或超高压输电网系统的稳定性，安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种短路故障限流器，特别涉及输配电网的故障限流器。
技术介绍
随着国民经济的快速发展，社会对电力的需求不断增加，带动了电力系统的不断发展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心负荷不断增加，就使得电力系统之间互联，各级电网中的短路电流水平不断提高，短路故障对电力系统及其相连的电气设备的破坏性也越来越大。而且，在对电能的需求量日益增长的同时，人们对电能质量、供电可靠性和安全性等也提出了更高的要求。然而，大电网的暂态稳定性问题比较突出，其中最重要的原因之一是由于常规电力技术缺乏行之有效的短路故障电流限制技术。目前，世界上广泛采用断路器对短路电流全额开断，由于短路电流水平与系统的容量直接相关，在断路器的额定开断电流水平一定的情况下，采用全额开断短路电流将会限制电力系统的容量的增长，并且断路器价格昂贵且其价格随其额定开断电流的增加而迅速上升。随着电网容量和规模的扩大，这一问题将变得更为严重。短路故障限流器为这一问题的解决提供了新思路。比如，固态短路故障限流器在检测到短路故障时，通过快速改变故障电网的阻抗和感抗参数，可以将故障电流限制在较低的水平，以保护电力设备，并保证在已有断路器遮断能力的前提下切断短路故障。美国专利技术专利US 4490769和中国专利技术专利ZL 96 123001.0都提出了短路故障限流器结构，其电路主要是由构成整流桥的二极管或晶闸管、限制故障电流的直流电抗器和偏压电源等组成。在正常运行时，限流器对电网无压降、几乎无功耗；一旦系统发生短路故障，当电网电流达到直流电抗器的电流时，电抗器便自动串入线路对故障电流及其上升率进行限制，从而使故障电流限制在一定的水平，以保证断路器及时切断故障电流。这样，可以通过短路故障限流器配合断路水平较低的断路器来实现较高水平的故障电流切断操作。同时，该限流器也可实现电网重合闸。美国专利技术专利US 4490769的技术方案如图1(a)和(b)所示，其主电路由二极管T1、T2、T3、T4，直流电感L和偏压电源Vb组成。在发生短路故障时，均可以无延时地自动投入线路，对故障电流及其上升率进行限制。但是，已有的固态短路故障限流器仍然存在许多不足之处，只有在电网电流达到磁体电流时，其限流磁体(L0)才会自动串入电网来实现限流，并且，随着磁体电流的不断增大，磁体的限流能力不断减小。严格地说，二极管组成的桥路无法实现真正的限流，必须采用可控开关管(如图1(b))，通过控制，减小整流桥桥臂上的开关管的导通角来增大磁体的放电时间，从而达到较好的限流效果。同时，流过偏压电源的电流往往是电网电流的2～3倍，而且必须满足非故障态和故障态的电流变化的要求，因此，偏压电源的实现有一定的技术难度和较高的成本。
技术实现思路
为了克服已有限流技术的不足，本专利技术提出了一种用于输配电网的短路故障限流器，它既可以有效地限制故障电流，同时，又减小了稳态电流波形畸变，而且结构简单、可实现自动限流、成本低，更易于实现大功率的限流器。本专利技术采用的技术方案是给已有桥路型故障限流器的限流电感并联一个放电回路，这个放电回路由放电管和一个辅助限流电感串联组成，构成单相的短路故障限流器，同时取消偏压电源。本专利技术可以是单相的短路故障限流器结构、也可以是单相的带有耦合变压器的短路故障限流器结构、也可以是三个单相的短路故障限流器应用于三相系统而组成三相故障限流器结构、也可以是三个单相的带有耦合的短路故障限流器应用于三相系统而组成三相故障限流器结构、也可以是采用优化措施的三相系统的故障限流器结构和采用优化措施的带有耦合的三相系统故障限流器结构。三个单相的短路故障限流器分别串入三相的电源和负载之间，构成三相的短路故障限流器；单相短路故障限流器并联在耦合变压器的副边，构成单相带有耦合变压器的短路故障限流器；三个单相带有耦合变压器的短路故障限流器分别串入三相的电源和负载之间，构成三相带有耦合变压的短路故障限流器；三个耦合变压器和优化的三相故障限流器构成优化的带有耦合变压器的三相故障限流器。本专利技术的主要优点1.本专利技术采用了给已有限流电感并联放电回路的方法，可以更有效地限制故障电流。已有限流电感只是在线路故障电流达到限流电感电流值时，限流电感才自动串入电路限制故障电流，并且，只能限流故障电流上升速度，无法限流故障电流稳态值。放电回路的加入，通过限制限流电感的充电电压，和通过放电管释放和消耗一定热量和光能，从而减缓了故障电流的上升速度和减小了故障电流稳态值，大大提高了故障限流器的限流能力。2.本专利技术采用了给已有限流电感并联放电回路的方法，实现了自动限流，提高了短路故障限流器的可靠性。当并联放电回路中的放电管电压超过其放电门限值时，就会自动导通，限制了限流电感的充电电压，同时通过放电管释放一定的热量和光能，达到限制故障电流的作用；一旦放电管两端电压降低，当放电管电压低于其放电门限值时，放电管自动截止而退出限流状态，系统进入正常态。因此，限流器中的整流桥不需要半控和全控的可控开关管整流桥，只需功率二极管组成的整流桥即可。所以，在本专利技术的短路故障限流器中，不需要可控功率器件和控制电路，通过放电管放电配合限流电感限流，实现了真正的自动限流。同时，简单的电路结构有利于系统可靠性的提高。3.本专利技术采用功率二极管组成的整流桥，降低了短路故障限流器对线路的影响。和同等功率级别的可控开关管相比，功率二极管的导通压降和功率损耗都较小。因此，本专利技术所述的短路故障限流器串入电网中，对电网造成的电压降落和引起的稳态电流波形畸变都比较小。而且，并联放电回路中的辅助限流电感对限流磁体电流有缓冲作用，可以大大减小短路故障限流器对电网的影响，有利于保证电网电能的高质量。4.本专利技术可以有效地实现自动限流，大大降低了短路故障限流器的制造成本。本专利技术采用功率二极管组成的整流桥，不但降低了短路故障限流器的制造成本，而且不需要附加任何控制电路，从而大大降低了系统的制造成本。同时，若采用超导电感，可以降低热损耗，进一步减小限流器对电路的影响。同时，偏压电源的取消降低了限流器成本，提高了限流器的可靠性。附图说明图1为已有的短路故障限流器的电路原理示意图；图2为本专利技术具体实施例1电路原理示意图；图3为本专利技术限流器和已有限流器的限流电感的电流电压波形示意图；图4为本专利技术具体实施例2电路原理示意图；图5为本专利技术具体实施例3电路原理示意图；图6为本专利技术具体实施例4电路原理示意图；图7为本专利技术具体实施例5电路原理示意图；图8为本专利技术具体实施例6电路原理示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述如图2所示，本专利技术的具体实施例1为单相的短路故障限流器。已有的单相短路故障限流器由四个二极管D1、D2、D3、D4组成的单相整流桥及其限流电感L0组成。在此基础上，给已有短路故障限流器中的限流电感L0并联一个辅助电感L1和放电管S的串联回路，同时取消偏压电源，构成单相的短路故障限流器。SW为断路器，Vac为线路交流电源，R为负载等效电阻。线路无故障，即稳态时，组成的单相整流桥的二极管D1、D2、D3、D4一直处于导通状态，不断给限流电感L0充电，使限流电感L0等效为一恒流源。当正向电流到来时，即二极管D1、D4正偏而导通时，二极管D2、D2组成续流回路而导通；反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短路故障限流器，包括二极管（Ｄ１）、（Ｄ２）、（Ｄ３）、（Ｄ４）组成的单相整流桥及其限流电感（Ｌ０），其特征是：在限流电感（Ｌ０）并联一个辅助电感（Ｌ１）和放电管（Ｓ）的串联回路，构成单相的短路故障限流器。

【技术特征摘要】
1.一种短路故障限流器，包括二极管(D1)、(D2)、(D3)、(D4)组成的单相整流桥及其限流电感(L0)，其特征是在限流电感(L0)并联一个辅助电感(L1)和放电管(S)的串联回路，构成单相的短路故障限流器。2.按照权利要求1所述的短路故障限流器，其特征是放电管(S)为气体放电管和固态放电管，可采用相同参数的放电管并联来增大放电容量。3.按照权利要求1所述的短路故障限流器，其特征是所述的单相短路故障限流器并联在耦合变压器(TR)的副边，构成单相带有耦合变压器的短路故障限流器，三个单相带有耦合变压器的短路故障限流器分别串入三相交流电源(Va)、(Vb)、(Vc)和负载(R)之间，构成三相带有耦合变压器的短路故障限流器。4.按照权利要求1所述的短路故障限流器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志丰，肖立业，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]