專利名稱：一種限流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輸配電網(wǎng)的限流電路，屬于電工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，負荷的增大，大容量機組和電廠及變電設(shè)備的投入，尤其是負荷中心大電廠的出現(xiàn)以及大電力系統(tǒng)的互聯(lián)，使輸配電網(wǎng)的容量大大增加，同時使得短路電流水平日益增高，甚至于有的短路電流水平已經(jīng)超過了目前的斷路器的開斷容量。如果不采取新的限流措施加以控制，不但使新變電所的設(shè)備投資大大增加，而且對系統(tǒng)中原有變電所設(shè)備都將產(chǎn)生很大的影響，甚至需要花費大量的投資進行改造、改建和改換。
現(xiàn)有技術(shù)主要采取以下辦法的限制電力系統(tǒng)輸配電網(wǎng)中短路電流1、發(fā)展高一級電網(wǎng)，低壓電網(wǎng)分片或?qū)⒛妇€分列、分段運行，甚至將電網(wǎng)解列，以及采用直流聯(lián)網(wǎng)，這些措施不僅投資很大，而且涉及到電網(wǎng)的穩(wěn)定性等復(fù)雜問題，非不得已不采用。
2、采用高阻抗變壓器或者串聯(lián)電抗器。在輸配電系統(tǒng)中采用，不但會增加網(wǎng)損，還會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3、更換斷路器，對現(xiàn)有的變電所進行增容改造。代價太大，而且現(xiàn)有的斷路器容量可能無法滿足要求。
發(fā)明內(nèi)容
為克服已有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于輸配電網(wǎng)的限流電路，它結(jié)構(gòu)簡單，可限制短路電流峰值以及穩(wěn)態(tài)值。
本發(fā)明的目的是由如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的方案一，本發(fā)明由等效交流電壓源與限流電抗器串聯(lián)后通過連接變壓器串聯(lián)接入電力系統(tǒng)，連接在系統(tǒng)線路出口處斷路器的前面。
方案二，本發(fā)明由等效交流電壓源通過高阻抗變壓器直接串聯(lián)接入電力系統(tǒng)，連接在系統(tǒng)線路出口處斷路器的前面。
本發(fā)明在系統(tǒng)正常運行時，對系統(tǒng)無影響；系統(tǒng)故障后能立刻自動投入，可限制短路電流峰值及穩(wěn)態(tài)值，不僅減小了故障電流對系統(tǒng)的沖擊，并且確保原有的斷路器能可靠地切斷故障電流。
圖1是本發(fā)明方案一在在單相系統(tǒng)中的原理圖，AC為電力系統(tǒng)的單相輸出，VS等效交流電壓源，L限流電抗器，T變壓器，DL斷路器，RL線路電阻，XL線路電抗，ZLoad負荷阻抗；圖2是本發(fā)明方案一在三相系統(tǒng)中的原理圖，A、B與C為電力系統(tǒng)的三相輸出，VS等效交流電壓源，LA、LB與LC限流電抗器，TA、TB與TC為變壓器，DL斷路器，RL線路電阻，XL線路電抗，ZLoad負荷阻抗；圖3是本發(fā)明方案二在單相系統(tǒng)中的原理圖，AC為電力系統(tǒng)的單相輸出，VS等效交流電壓源，T高阻抗變壓器，DL斷路器，RL線路電阻，XL線路電抗，ZLoad負荷阻抗；圖4是本發(fā)明方案二在三相系統(tǒng)中的原理圖，A、B與C為電力系統(tǒng)的三相輸出，VS等效交流電壓源，TA、TB與TC為高阻抗變壓器，DL斷路器，RL線路電阻，XL線路電抗，ZLoad負荷阻抗；圖5是本發(fā)明方案一在單相系統(tǒng)中的應(yīng)用實例，DL斷路器，RL線路電阻，XL線路電抗，負荷阻抗ZLoad，VS等效交流電壓源，L限流電抗器，T變壓器，G1、G2、G3、G4為絕緣門極雙極型晶體管IGBT，C為直流電容。
圖6是本發(fā)明方案一在三相系統(tǒng)中的應(yīng)用實例，A、B與C電力系統(tǒng)的三相輸出，DL斷路器，RL線路電阻，XL線路電抗，ZLoad負荷阻抗，VS等效交流電壓源，LA、LB與LC限流電抗器，TA、TB與TC為變壓器，G1、G2、G3、G4、G5與G6為絕緣門極雙極型晶體管IGBT，C1、C2直流電容器。
圖7是本發(fā)明方案二在單相系統(tǒng)中的應(yīng)用實例，DL斷路器，RL線路電阻，XL線路電抗，負荷阻抗ZLoad，VS等效交流電壓源，T高阻抗變壓器，G1、G2、G3、G4為絕緣門極雙極型晶體管IGBT，C為直流電容。
圖8是本發(fā)明方案二在三相系統(tǒng)中的應(yīng)用實例，A、B與C電力系統(tǒng)的三相輸出，DL斷路器，RL線路電阻，XL線路電抗，ZLoad負荷阻抗，VS等效交流電壓源，TA、TB與TC為高阻抗變壓器，G1、G2、G3、G4、G5與G6為絕緣門極雙極型晶體管IGBT，C1、C2直流電容器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述本發(fā)明方案一提供的限流電路如圖1、圖2中虛線框所示。在圖1中，本發(fā)明連接于電力系統(tǒng)AC線路出口處，與斷路器DL相串聯(lián)，它由等效交流電壓源VS與限流電抗器L串聯(lián)后通過變壓器T串聯(lián)接入系統(tǒng)；在圖2三相系統(tǒng)中，本發(fā)明分別連接于三相A、B與C線路出口處與斷路器DL相串聯(lián)，三相分別由等效交流電壓源VS與限流電抗器LA、LB與LC串聯(lián)后通過連接變壓器TA、TB與TC分別串聯(lián)接入電力系統(tǒng)。等效交流電壓源VS可以提供系統(tǒng)運行中的幅值、相位皆可調(diào)的電壓，因此系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，等效交流電壓源VS提供的電壓與圖1單相系統(tǒng)中的限流電抗器L或圖2三相系統(tǒng)中的限流電抗器LA、LB與LC兩端的電壓大小相等，方向相反，相當(dāng)于圖1單相系統(tǒng)中連接變壓器T或圖2三相系統(tǒng)中的連接變壓器TA、TB與TC的副邊電壓為零，也即是副邊短路，本電路工作在待機狀態(tài)，對系統(tǒng)無影響。系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，也即是故障電流超過最大負荷電流時，圖1單相系統(tǒng)中的限流電抗器L或圖2三相系統(tǒng)中的限流電抗器LA、LB與LC兩端的電壓超過了等效交流電壓源可以提供的最大電壓，即最大負荷電流與限流電抗的乘積時，相當(dāng)于圖1單相系統(tǒng)中的限流電抗器L或者圖2三相系統(tǒng)中的限流電抗器LA、LB與LC立即自動投入進行故障限流。
本發(fā)明方案二提供的限流電路如圖3、圖4中虛線框所示。在圖3中，本發(fā)明連接于電力系統(tǒng)AC線路出口處，與斷路器DL相串聯(lián)，它由等效交流電壓源VS通過高阻抗變壓器T直接串聯(lián)接入系統(tǒng)；在圖4三相系統(tǒng)中，本發(fā)明分別連接于三相A、B與C線路出口處與斷路器DL相串聯(lián)，三相分別由等效交流電壓源VS分別通過高阻抗變壓器TA、TB與TC直接串聯(lián)接入電力系統(tǒng)。等效交流電壓源VS可以提供系統(tǒng)運行中的幅值、相位皆可調(diào)的電壓，因此系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，等效交流電壓源VS提供的電壓與圖3單相系統(tǒng)中的高阻抗變壓器T或圖4三相系統(tǒng)中的高阻抗變壓器TA、TB與TC的內(nèi)電抗兩端的電壓大小相等，方向相反，也即是相當(dāng)于圖3單相系統(tǒng)中高阻抗變壓器T或圖4三相系統(tǒng)中的高阻抗變壓器TA、TB與TC原邊，即系統(tǒng)側(cè)的端電壓為零，無壓降，這時本電路對系統(tǒng)無影響。系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，也即是故障電流超過最大負荷電流時，圖3單相系統(tǒng)中的高阻抗變壓器T或圖4三相系統(tǒng)中的高阻抗變壓器TA、TB與TC的內(nèi)電抗兩端的電壓超過了等效交流電壓源可以提供的最大電壓，即最大負荷電流與高阻抗變壓器的內(nèi)電抗的乘積時，相當(dāng)于圖3單相系統(tǒng)中的高阻抗變壓器T或者圖4三相系統(tǒng)中的高阻抗變壓器TA、TB與TC的內(nèi)電抗立即自動投入進行故障限流。
圖5中虛線框中所示為本發(fā)明方案一的第一個實施例。本發(fā)明安裝于系統(tǒng)AC線路出口處與斷路器DL相串聯(lián)。等效交流電流源VS為由橋式連接的絕緣門極雙極型晶體管IGBT G1、G2、G3與G4組成的單相電壓源變流器，其直流側(cè)為直流電容C或者可控整流，其交流輸出側(cè)與限流電抗L串聯(lián)后由連接變壓器T串聯(lián)接入電力系統(tǒng)。電壓源變流器直流側(cè)亦可以是可控整流，絕緣門極雙極型晶體管IGBT亦可以是門極可關(guān)斷晶閘管GTO、電力場效應(yīng)晶體管MOSFET以及其它有源電力電子器件。
圖6為本發(fā)明方案一的第二個實施例。如圖6虛線框中所示，安裝于電力系統(tǒng)中A、B與C三相線路出口處與斷路器DL相串聯(lián)。等效交流電壓源VS由橋式連接的絕緣門極雙極型晶體管IGBT G1、G2、G3、G4、G5與G6組成的帶中線的三相電壓源變流器器構(gòu)成，其直流側(cè)為串聯(lián)電容器C1、C2或兩個串聯(lián)可控整流，其交流輸出側(cè)的各相分別與電抗LA、LB與LC串聯(lián)后通過三個二次側(cè)星型連接的單相連接變壓器TA、TB與TC串聯(lián)接入電力系統(tǒng)，其中，三相電壓源變流器的中線由電容器C1、C2的中點引出與連接變壓器TA、TB與TC二次側(cè)星型連接的中性點相連。其中電壓源變流器直流側(cè)亦可以是兩個可控整流串聯(lián)，絕緣門極雙極型晶體管IGBT亦可以是可控硅、門極可關(guān)斷晶閘管GTO以及其它有源電力電子器件。
圖7中虛線框中所示為本發(fā)明方案二的第一個實施例。本發(fā)明安裝于系統(tǒng)AC線路出口處與斷路器DL相串聯(lián)。等效交流電流源VS為由橋式連接的絕緣門極雙極型晶體管IGBT G1、G2、G3與G4組成的單相電壓源變流器，其直流側(cè)為直流電容C或者可控整流，其交流輸出側(cè)通過高阻抗變壓器T直接串聯(lián)接入電力系統(tǒng)。電壓源變流器直流側(cè)亦可以是可控整流，絕緣門極雙極型晶體管IGBT亦可以是門極可關(guān)斷晶閘管GTO、電力場效應(yīng)晶體管MOSFET以及其它有源電力電子器件。
圖8為本發(fā)明方案二的第二個實施例。如圖8虛線框中所示，安裝于電力系統(tǒng)中A、B與C三相線路出口處與斷路器DL相串聯(lián)。等效交流電壓源VS由橋式連接的絕緣門極雙極型晶體管IGBT G1、G2、G3、G4、G5與G6組成的帶中線的三相電壓源變流器器構(gòu)成，其直流側(cè)為串聯(lián)電容器C1、C2或兩個串聯(lián)可控整流，其交流輸出側(cè)的各相分別通過三個二次側(cè)星型連接的單相高阻抗變壓器TA、TB與TC串聯(lián)接入電力系統(tǒng)，其中，三相電壓源變流器的中線由電容器C1、C2的中點引出與高阻抗變壓器TA、TB與TC二次側(cè)星型連接的中性點相連。其中電壓源變流器直流側(cè)亦可以是兩個可控整流串聯(lián)，絕緣門極雙極型晶體管IGBT亦可以是可控硅、門極可關(guān)斷晶閘管GTO以及其它有源電力電子器件。
本發(fā)明采用了由電壓源變流器構(gòu)成的等效交流電壓源對系統(tǒng)進行補償?shù)姆桨福到y(tǒng)正常運行時，對系統(tǒng)運行無影響。系統(tǒng)故障時，它可限制短路電流峰值及穩(wěn)態(tài)值，使原有的斷路器即可把大的故障電流可靠斷開。本發(fā)明效率高，結(jié)構(gòu)簡單，可靠，用于輸配電網(wǎng)，不僅解決了系統(tǒng)故障電流過大問題，而且還大大降低了系統(tǒng)中各元器件耐流量的要求，降低了系統(tǒng)的設(shè)計要求，若用于高壓或超高壓輸電網(wǎng)還可以極大的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，安全性和可靠性。
在一220V單相系統(tǒng)試驗中，限流電抗L的電抗值或者高阻抗變壓器T的內(nèi)電抗值為系統(tǒng)阻抗的2倍，故障電流可以限制到原來故障電流的峰值約60％左右，穩(wěn)態(tài)值約40％左右。
權(quán)利要求
1.一種限流電路，其特征在于由等效交流電壓源[VS]與限流電抗器[L]串聯(lián)后通過連接變壓器[T]串聯(lián)接入電力系統(tǒng)線路出口處斷路器[DL]前面。
2.按權(quán)利要求1所述的限流電路，其特征在于等效交流電壓源[VS]為電壓源變流器，其直流側(cè)為直流電容[C]或可控整流。
3.按權(quán)利要求1所述的限流電路，其特征在于在三相電網(wǎng)中的等效交流電壓源[VS]為帶中線的三相電壓源變流器，其直流側(cè)由串聯(lián)電容器[C1]、[C2]或兩個可控整流串聯(lián)構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求1所述的限流電路，其特征在于在三相電網(wǎng)中的等效交流電壓源[VS]的交流輸出側(cè)的各相分別與電抗[LA]、[LB]與[LC]串聯(lián)后通過三個二次側(cè)星型連接的單相連接變壓器[TA]、[TB]與[TC]串聯(lián)接入電力系統(tǒng)；三相電壓源變流器的中線由電容器[C1]、[C2]的中點引出與連接變壓器[TA]、[TB]與[TC]二次側(cè)星型連接的中性點相連。
5.一種限流電路，其特征在于亦可由等效交流電壓源[VS]與高阻抗變壓器[T]串聯(lián)接入電力系統(tǒng)線路出口處斷路器[DL]前面。
6.按權(quán)利要求5所述的限流電路，其特征在于等效交流電壓源[VS]為電壓源變流器，其直流側(cè)為直流電容[C]或可控整流。
7.按權(quán)利要求5所述的限流電路，其特征在于在三相電網(wǎng)中的等效交流電壓源[VS]為帶中線的三相電壓源變流器，其直流側(cè)由串聯(lián)電容器[C1]、[C2]或兩個可控整流串聯(lián)構(gòu)成。
8.按權(quán)利要求5所述的限流電路，其特征在于在三相電網(wǎng)中的等效交流電壓源[VS]的交流輸出側(cè)的各相分別通過三個二次側(cè)星型連接的單相高阻抗變壓器[TA]、[TB]與[TC]串聯(lián)接入電力系統(tǒng)；三相電壓源變流器的中線由電容器[C1]、[C2]的中點引出與高阻抗變壓器[TA]、[TB]與[TC]二次側(cè)星型連接的中性點相連。
全文摘要
一種限流電路，屬于電工技術(shù)領(lǐng)域。它由等效交流電壓源與限流電抗器串聯(lián)后通過連接變壓器串聯(lián)接入電力系統(tǒng)或者由等效交流電壓源直接通過高阻抗變壓器串聯(lián)接入電力系統(tǒng)。它安裝于電力系統(tǒng)線路出口處與斷路器相串聯(lián)。系統(tǒng)正常運行時，對系統(tǒng)運行無影響。系統(tǒng)故障時，它可限制短路電流峰值及穩(wěn)態(tài)值。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可靠，適用于輸配電網(wǎng)，不僅解決了電力系統(tǒng)故障電流過大問題，而且還大大降低了系統(tǒng)中各元器件耐流量的要求，若用于高壓或超高壓輸電網(wǎng)還可以極大的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，安全性和可靠性。
文檔編號H02H9/02GK1508931SQ0215682
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者趙彩宏, 肖立業(yè), 林良真 申請人:中國科學(xué)院電工研究所