專利名稱：永磁式交流電抗器型限流器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種交流電力系統中應用的短路故障限流器。
背景技術：
隨著電力系統中電網容量的日益增大，系統的短路電流也在大大增強，短路故障 形成的短路電流已經成為危害電力系統安全運行的最突出的問題之一。目前電力系統限制 短路電流一般采用串聯電抗器，或者在系統中串接大容量高速開關與電抗器并聯裝置，或 者采用新型短路故障限流器。傳統的電抗器和高速開關裝置都存在嚴重的缺陷限制了這兩 種方式的應用。現有新型短路故障限流器克服了前兩種限流裝置的缺點，但仍存在一些不 足。1、超導型故障限流(SFCL)分為電阻型和電感超導型。電阻型在電流正常時，超導體處 在超導狀態沒有電阻。假使電流增加超過了臨界電流，則超導體退出超導狀態，具有高值電 阻與電網串聯，從而限制短路電流。電感型在電流正常時，超導體環的電流去磁或者使鐵芯 處于磁飽和狀態，使此FCL的運行方式呈低阻抗(近乎漏磁電抗)。當電流增加超過臨界電 流時，此超導體環進入高阻抗狀態，從而起到限制短路電流的作用。超導限流器存在超導物 理材料和機械性能受局限，制造成本高，運行費用高等問題。2、PTC熱敏電阻短路電流限制 器，是利用PTC熱敏電阻非線性電阻在正常電流時，電阻溫度較低具有阻抗小的特性，當短 路電流超過臨界值后溫度上升，電阻值增大從而達到限流目的。但存在恢復時間長，穩定性 差等缺點。3、固態開關型故障限流器主要有磁飽和型短路限流器、直流電抗器型短路電流 限制器。固態型故障限流器具有動作快、恢復時間短的優點。但現有的直流電抗器型短路 電流限制器存在結構復雜、控制不合理、諧波含量大、可靠性差等缺點。磁飽和型短路限流 器一般需要直流偏磁電源，同樣存在著成本高，可靠性能差等問題。 目前電力系統限制短路電流還常采用干式空心限流電抗器，該種電抗器體積較 大，對周圍環境具有強大的電磁污染，對通訊及計算機系統干擾很大。為解決此問題，中國 專利03253037. 4提出了一種鐵芯限流電抗器，鐵芯主要由兩個或三個心柱及上下鐵軛組 成，心柱上套有繞組，各心柱的上下端分別與上下鐵軛連接形成導磁通路，心柱上有兩個繞 向相反的線圈連接組成，以抵消大部分磁通，來得到所需電感值。盡管該專利成功地解決了 電抗器的電磁污染，但是電抗器正常工作時，鐵芯處于不飽和狀態，無形中增大了功率的損 耗，使得系統的功耗增大，并且狀態改變較慢，不能快速響應短路故障的發生，進一步限制 短路電流的增大。
發明內容
本發明提供一種能夠在系統正常運行時減少無功損耗、短路故障時快速響應的永 磁式電抗器型限流器。 為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是 —種永磁式交流電抗器型限流器，包括主要由包括中心柱和邊柱的鐵芯、上下鐵 軛和套裝在邊柱上的交流繞組構成的電抗橋路，電抗橋路主要由鐵芯、上下鐵軛和交流繞
3組構成，所述鐵芯包括中心柱和邊柱，邊柱上套裝有交流繞組，交流繞組由兩組交流線圈構 成，所述中心柱內設置有永磁體，兩組交流線圈同名端反向串聯，構成永磁式交流電抗器型 限流器。應用于交流系統單相回路中。 本發明應用于中、低壓系統所述永磁式交流電抗器型限流器分別串接于三相系 統每一相電源和負載之間，構成三相永磁式交流電抗器型限流器。單相永磁式交流電抗器 型限流器應用于三相系統中，由三個單相永磁式交流電抗器型限流器分別串接于系統每一 相電源和負載之間。 本發明應用于高壓或超高壓系統所述永磁式交流電抗器型限流器并聯在耦合 變壓器的副邊，串接于電源和負載之間，構成帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器； 永磁式交流電抗器型限流器應用于高壓或超高壓電網系統中，并聯在單相耦合變壓器的副 邊，串接于單相電源和負載之間。三個帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器分別串 接于三相系統每一相電源和負載之間，構成三相帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流 器，構成三相帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器。 —種永磁式交流電抗器型限流器，包括主要由鐵芯、上下鐵軛和交流繞組構成的 電抗橋路，鐵芯包括中心柱和邊柱，邊柱上套裝有交流繞組，所述中心柱上設置有永磁體， 所述邊柱為兩個或兩個以上對稱設置，對稱設置的邊柱上的交流線圈兩兩同名端反向串 聯，構成三相永磁式交流電抗器型限流器。 上述三相永磁式交流電抗器型限流器應用于高壓或超高壓系統所述三相永磁式 交流電抗器型限流器分別連接在三個耦合變壓器的副邊，構成三相帶耦合變壓器的永磁式 交流電抗器型限流器。 本發明所述限流繞組的控制方式為所述限流繞組在相對邊柱產生的磁通方向相 反。 本發明所述邊柱的改進在于所述各邊柱的截面積相等，中心柱的截面積大于或 等于邊柱截面積的總和。
所述永磁體的改進在于所述永磁體為一塊或一塊以上。
本發明的工作原理如下 本發明由中心柱、邊柱、上下鐵軛以及套裝在邊柱上的交流繞組構成交流磁場回 路，由中心柱、邊柱、上下鐵軛以及中心柱上的永磁體構成偏置磁場回路。設置永磁體所產 生的偏磁場強度大于最大負荷電流Ie產生的磁場強度，二者相互抵消后，偏磁場仍可以使 邊柱鐵芯處于飽和狀態。 在系統正常運行時，負荷電流L不大于最大負荷電流Ie。在負荷電流正半周期 間，電流方向由交流繞組L端流向N端，右邊柱線圈磁場方向與永磁體偏磁場方向相同，相 互疊加后，使得右邊柱鐵芯飽和程度加劇；而左邊柱線圈磁場方向與永磁體磁場方向相反， 相互抵消后，左邊柱鐵芯仍處于飽和狀態，所以交流繞組整體感抗較小。同理，在負荷電流 負半周期間，電流方向由交流繞組N端流向L端，左邊柱線圈磁場方向與永磁體偏磁場方向 相同，相互疊加，左邊柱鐵芯飽和度加劇；右邊柱線圈磁場與永磁體偏磁場方向相反，相互 抵消后，右邊柱鐵芯飽和程度降低，但仍處于飽和狀態，所以交流繞組整體感抗較小。本發 明在系統正常運行時交流繞組整體感抗較小，以減少電壓損耗和無功損耗。
當系統發生短路故障后，短路電流Id大于最大負荷電流Ie。在短路電流正半周期間電流方向由交流繞組L端流向N端，右邊柱線圈磁場與永磁體偏磁場方向相同，相互疊加 后，右邊柱鐵芯飽和程度加劇；而左邊柱線圈磁場與永磁體偏磁場方向相反，相互抵消后， 左邊柱鐵芯退出飽和狀態，從而使交流繞組整體電抗增大，起到限制短路電流的目的。同 理，在短路電流負半周期間，電流方向由交流繞組N端流向L端，左邊柱線圈磁場與永磁體 偏磁場方向相同，相互疊加后，左邊柱鐵芯飽和度加劇；右邊柱線圈磁場與永磁體偏磁場方 向相反，相互抵消后，右邊柱鐵芯退出飽和狀態，右邊柱線圈感抗增大，從而使得交流繞組 整體感抗增大。本發明在發生短路故障時交流繞組整體感抗迅速增大，瞬間改變線路的阻 抗參數，達到限制短路電流的目的。 由于采用了以上技術方案，本發明所取得技術進步在于 本發明提出了一種新的限流控制方式，其結構簡單，運行可靠。限流器鐵芯的導磁 率與短路電流的大小緊密相關，因此當發生短路故障時，可以在短路電流的第一個峰值之 前改變阻抗參數以限制止短路電流的增長。交流繞組電抗參數的控制繞組中的電流來自 動控制，永磁體的設置可以使得鐵芯在正常負荷電流時，總處于飽和狀態，繞組感抗參數較 小；交流繞組中電流在相對邊柱產生的磁通方向相反，在短路電流的任意時刻總存在一繞 組在永磁體的消磁作用下，保持較大的感抗參數。永磁體的設置可以代替直流偏磁電源及 偏磁繞組，使得限流器的結構得到簡化，成本降低，可靠性增強。本發明可以應用在不同的 電力場所。各邊柱的截面積相等和永磁體設置為多塊有利于生產中實現，便于制造。
圖1 :本發明結構示意圖及負荷電流產生磁場示意圖。 其中1.中心柱，2.左邊柱，3.右邊柱，4.永磁體，5.左線圈，6.右線圈，7.上下鐵軛。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明進行進一步詳細的說明。 圖1為永磁式交流電抗器型限流器，包括電抗橋路，電抗橋路主要由交流繞組、鐵 芯和上下鐵軛7組成，鐵芯包括中心柱1和左右邊柱2、3，中心柱內設置有永磁體4，邊柱上 套裝有交流繞組，交流繞組由兩組交流線圈5、6同名端反向串聯構成，線圈分別套裝在左、 右邊柱2、3上。邊柱2、3的截面積相等，中心柱1的截面積為左右邊柱2、3截面積的總和。
交流繞組、邊柱、中間柱、上下鐵軛及中置永磁體構成交流磁場回路和偏置磁場回 路。磁場方向如圖1中所示K1為左邊柱線圈磁場方向，K2為右邊柱線圈磁場方向，K為永 磁體偏磁場方向。 當系統正常運行時，在負荷電流的正半周期間，電流方向為由L端流向N端，右邊 柱線圈磁場方向與永磁體偏磁場方向相同，相互疊加后，使右邊柱鐵芯飽和度加劇。左邊柱 線圈磁場方向與永磁體偏磁場方向相反，相互抵消后，使左邊柱鐵芯飽和度減小，但左邊柱 鐵芯仍處于飽和狀態；同理，在負荷電流反向后，工作過程與上述過程反向。因此，在系統正 常運行時交流繞組整體感抗較小，以減少電壓損耗和無功損耗。 當系統發生短路故障時，短路電流Id大于最大負荷電流Ie，短路電流磁場與永磁 體4偏置磁場疊加后，使得一邊柱鐵芯飽和程度加劇。短路電流磁場與永磁體4偏置磁場
5抵消后，使得另一邊柱鐵芯退出飽和狀態，該邊柱上的繞組感抗增大。因此，系統短路故障
時交流繞組整體感抗增大，可以限制暫態短路電流，也可以限制穩態短路電流。 本發明應用到單相短路故障回路中，構成單相永磁式交流電抗器型限流器，也可
以是三個單相的永磁式交流電抗器型限流器分別接入三相系統中構成三相永磁式交流電
抗器型限流器；還可以將單相永磁式交流電抗器型限流器并聯到耦合變壓器的副邊，構成
單相帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器；也可以將三個永磁式交流電抗器型限流
器分別接到三個單相耦合變壓器的副邊構成三相帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器。 本發明的具體結構不限于上述實施例，還可以是三相一體式的永磁式交流電抗器 型限流器，其中心柱上設置的永磁體可以為一個或多個，對稱設置的邊柱可以為兩個以上，
邊柱上套裝有相應的交流線圈，對稱設置的邊柱上的交流線圈兩兩同名端反向串聯；中心 柱的截面積等于或者大于所有邊柱截面積的總和。應用于中、低壓系統中。在應用于高壓 或超高系統中時，是將該裝置接入三相系統的耦合變壓器的副邊，同樣可以達到限制短路 故障電流的目的。
權利要求
一種永磁式交流電抗器型限流器，包括主要由包括中心柱和邊柱的鐵芯、上下鐵軛和套裝在邊柱上的交流繞組構成的電抗橋路，其特征在于所述中心柱內設置有永磁體，兩組交流線圈同名端反向串聯。
2. 根據權利要求1所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述永磁式交流 電抗器型限流器分別串接于三相系統每一相電源和負載之間，構成三相永磁式交流電抗器 型限流器。
3. 根據權利要求1所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述永磁式交流 電抗器型限流器并聯在耦合變壓器的副邊，串接于電源和負載之間，構成帶耦合變壓器的 永磁式交流電抗器型限流器；三個帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器分別串接于 三相系統每一相電源和負載之間，構成三相帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器。
4. 一種永磁式交流電抗器型限流器，包括主要由鐵芯、上下鐵軛和交流繞組構成的電 抗橋路，鐵芯包括中心柱和邊柱，邊柱上套裝有交流繞組，其特征在于所述中心柱上設置 有永磁體，所述邊柱為兩個或兩個以上對稱設置，對稱設置的邊柱上的交流線圈兩兩同名 端反向串聯，構成三相永磁式交流電抗器型限流器。
5. 根據權利要求4所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述三相永磁式 交流電抗器型限流器分別連接在三個耦合變壓器的副邊，構成三相帶耦合變壓器的永磁式 交流電抗器型限流器。
6. 根據權利要求1至5任一項所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述 交流繞組在相對邊柱產生的磁通方向相反。
7. 根據權利要求1至5任一項所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述各 邊柱的截面積相等，中心柱的截面積大于或等于邊柱截面積的總和。
8. 根據權利要求1至5任一項所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述 永磁體為一塊或一塊以上。
全文摘要
本發明公開了一種永磁式交流電抗器型限流器，包括電抗橋路和永磁體，電抗橋路主要由鐵芯、上下鐵軛和交流繞組構成，鐵芯包括中心柱和邊柱，邊柱上套裝有交流繞組，交流繞組由交流線圈同名端反向串聯構成，永磁體設置于中心柱內。鐵芯的邊柱、中間柱、上下鐵軛及中置永磁體構成交流磁場回路和偏置磁場回路。本發明結構簡單，運行可靠；應用于交流系統中，在正常運行時可以有效減小無功損耗功耗和電壓降，短路故障發生時能夠快速響應，有效抑制短路電流。
文檔編號H02H9/02GK101710698SQ20091017529
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者于云霞, 張旭輝, 王蘇 申請人:河北旭輝電氣股份有限公司