專利名稱：自觸發式直流電抗器型限流器及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力系統限流裝置，特別是一種用于輸配電網中限制短路故障電
流的電抗器型限流器。
背景技術：
隨著我國工業現代化程度的快速提升，對其有重要保障作用的電力系統規模也隨 之不斷擴大，電力系統中短路電流逐年攀升。短路電流超標已成為電力系統規劃、設計、運 行面臨的重大問題。 常用限制短路電流的措施是要么改變電網系統的運行方式，要么在系統中接入限 流裝置。前者為電網分層分區運行，優化電源接入。但合理的分層分區實施方案需要有合 適的網絡結構作為支撐，供電緊張的情況下，分層分區運行往往難以實現。同時也應看到， 分層分區伴隨著局部電網供電可靠性及穩定性下降等一些負面影響；后者包括采用普通串 聯電抗器、大容量高速開關與電抗器并聯裝置、新型短路電流限制器。 其中，普通串聯電抗器是將固定阻抗的電抗器串聯入電網，是一種傳統的限流技 術，運行方式簡單、安全可靠，但影響電力系統的潮流分布且增加了無功損耗和電壓降，對 系統的穩定性也有一定影響。目前在國內普通串聯電抗器較多應用于中低壓電網，超高壓 電網中尚無應用于限制短路電流的實例。 采用大容量高速開關與電抗器并聯方式，例如FSR裝置可以與普通電抗器并聯。 正常運行時將電抗器短接，系統短路時FSR快速斷開，將電抗器串入電網以限制短路電流， 從而實現正常方式下零阻抗，發生短路故障在極短時間內投入電抗器呈現高阻抗的特性。 但該裝置也存在著先天不足，FSR裝置中載流橋體斷開是依靠炸藥爆破完成的，炸藥是一次 性的，無法進行檢測，長時間運行后存在因炸藥受潮變質不能及時爆破的后果，而且不可重 復使用，并且只能用于35kV以下電壓等級。 應用新型短路電流限制器，可實現正常方式下裝置呈現零阻抗或低阻抗，發生短 路故障在極短時間內呈現高阻抗的特性，但現有新型短路故障限流器仍存在一些不足l、 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、現有的固態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。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是為克服現有短路故障限流器的不足，提供一種結構簡單，能夠實現自動控制，并能快速有效地限制故障電流，減小穩態電流畸變，且可應用于高壓、超高壓電網中的大功率限流器。 為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是 —種自觸發式直流電抗器型限流器，包括由二極管構成的整流橋電路、并聯在整流橋電路直流輸出二端口之間的限流電抗器，所述限流電抗器主要包括主繞組、偏磁繞組和鐵芯，偏磁繞組與主繞組串聯，偏磁繞組的兩端并聯一個由控制方式為自觸發方式的固態開關和觸發裝置構成的開關控制回路。自觸發式直流電抗器型限流器串接于系統的某一相電源與負載之間，構成單相自觸發式直流電抗器型限流器。 本發明的一種具體結構為所述整流橋電路為由四只二極管組成的單相整流橋電路，構成單相自觸發式直流電抗器型限流器。 本發明的上述結構應用于單相電源時，是直接將單相自觸發式直流電抗器型限流器串聯在單相電源和負載之間；自觸發式直流電抗器型限流器應用于三相系統中，是由三
個自觸發式直流電抗器型限流器分別串接于三相系統的每一相電源和負載之間，構成三相自觸發式直流電抗器型限流器。 本發明的上述結構的另一種應用是自觸發式直流電抗器型限流器應用于高壓或超高壓電網系統中，是并聯在耦合變壓器的副邊，串接于單相電源和負載之間，構成單相帶耦合變壓器的自觸發式直流電抗器型限流器；所述單相帶耦合變壓器的自觸發式直流電抗器型限流器，應用于三相系統中，由三個單相帶耦合變壓器的自觸發式直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自觸發式直流電抗器型限流器。 本發明另一種具體結構為所述整流橋電路為由八只二極管組成的三相全橋整流電路，三相全橋整流電路的直流輸出二端口之間并聯限流電抗器，三相全橋整流電路的直流輸出二端口與限流電抗器并聯，限流電抗器包括主繞組、偏磁繞組和鐵芯，電抗器的偏磁繞組與主繞組串聯，偏磁繞組的兩端并聯一個包括固態開關和觸發裝置的開關控制回路。三相全橋整流電路串接在三相電源和負載之間，構成三相自觸發式直流電抗器型限流器。
上述具體結構的另一種應用在于所述自觸發式直流電抗器型限流器與第一耦合變壓器、第二耦合變壓器、第三耦合變壓器的副邊連接，構成帶耦合變壓器的三相自觸發式直流電抗器型限流器。 本發明的固態開關進一步限定為固態開關為固態繼電器、晶閘管或可控硅元件的其中一種。
本發明所述偏磁繞組的改進在于所述偏磁繞組為一個或一個以上。
本發明的工作原理如下 本發明采用由功率二極管組成的整流橋電路，對進入裝置的負荷電流進行整流。將電抗器偏磁繞組L。與電抗器的主繞組串聯后，并聯到整流橋電路的直流輸出二端口 。系統正常運行時，系統交變電壓使得二極管輪流導通，使得負荷電流在裝置內體現直流，直流電流流過偏磁繞組和主繞組，磁場方向不發生變化，所以無需增加直流勵磁電源，亦能使得電抗器鐵芯處于飽和狀態，從而使得電抗器在正常運行時，呈現低阻抗，幾乎不增加電網無功損耗、電壓損失，而對于系統負載，負荷電流則仍體現為交變的電流。當系統發生短路故障時，短路電流迅速上升，觸發裝置根據故障電流的變化自動觸發固態開關使之導通，將電抗器的偏磁繞組短路，偏磁繞組產生的磁通減小，并通過短接回路消磁，電抗器鐵芯立即退出飽和狀態，使電抗器的阻抗增大，從而實現對暫態故障電流以及穩態故障電流的抑制作用。
由于采用了上述技術方案，本發明所取得技術進步在于 本發明偏磁限流電抗器的設計，使得系統在正常運行時，無需直流電源而使電抗器鐵芯處于深度飽和狀態，減小了對線路的影響，同時也大大降低了系統無功功率和線路電壓的損耗；固態開關控制方式為自觸發方式，無需另外提供電源和控制引線，從而使其運行更為可靠、安全；固態開關的設計，使得本發明能夠自動快速響應系統短路故障電流的增大，使限流 電抗器在短時間內迅速退出飽和狀態，改變線路的阻抗參數，從而有效抑制短路電流的增長，其限流能力顯著增強，減小短路時對系統的沖擊；裝置可靠性增強，降低成本。固態開關可以為晶閘管或其他固態繼電器，觸發裝置觸發導通后，可以立即短接偏磁繞組；固態開關為可控硅時，還可以實現短路故障消除后可控硅的自動關斷，使限流電抗器以及電網系統迅速恢復正常工作狀態，限流電抗器與固態開關串聯，可以使線路電流諧波含量降低，進而減少畸變，還可以配合線路開關的動作，實現自動重合閘功能。本發明使得拓撲結構得到簡化，且回路中無需另加直流勵磁電源，降低了限流器的成本，提高了電網運行的可靠性。 本發明不僅可以應用在中、低壓電網中，還可以應用在高壓電網，甚至超高壓電網系統中，進一步提高電網運行的安全可靠性。本發明可以設置一個或者多個偏磁繞組，從而實現對故障電流的精確限制，減小穩態電流畸變。
圖1 圖2 圖3 圖4 圖5 圖6
:本發明實施例:本發明實施例:本發明實施例:本發明實施例:本發明實施例:本發明實施例
1電原理圖;2電原理圖;3電原理圖;4電原理圖;5電原理圖;6電原理圖。
具體實施方式
實施例1 圖1所示為一種自觸發式直流電抗器型限流器的電原理圖，包括由四只功率二極管Dp D2、 D3、 D4組成的整流橋電路，整流橋電路的直流輸出二端口與限流電抗器并聯，限流電抗器由主繞組k、偏磁繞組L。和鐵芯構成，電抗器的偏磁繞組L。與主繞組k串聯，偏磁繞組^的兩端并聯一個由固態開關Kp和觸發裝置CF構成的開關控制回路。AC為系統電源，SW為線路出線開關，RL為系統負載。
當系統正常運行時，回路中的負荷電流L不大于線路最大負荷電流Ie。在負荷電流的正半周，電流上升階段功率二極管D^W正向導通，功率二極管02、03承受反壓關斷；電流下降階段功率二極管承受反壓關斷，功率二極管D2、D3導通續流；固態開關KP處于關斷狀態，電流流過限流電抗器的主繞組和偏磁繞組L。，感生磁通使鐵芯進入飽和狀態，鐵芯磁導率處于較低的水平，使得電抗器主繞組^有較小的感抗，以減小系統在正常運行時無功損耗和線路末端電壓降低；同理，在負荷電流負半周時，電抗器鐵芯仍處于飽和區，感抗依然較小，同樣可以達到減小無功損耗和線路末端電壓降低的目的。
當系統發生短路故障時，負荷電流^大于線路最大負荷電流Ie，觸發裝置CF自動觸發固態開關Kp導通，偏磁線圈L。被短路，電流通過固態開關Kp流過主繞組Lp并通過偏磁繞組L。消磁，鐵芯迅速退出飽和狀態，限流電抗器主繞組1^的感抗迅速增大，使得電網阻抗參數發生改變，將短路電流限制在較小值。 當系統故障消除后，系統的負荷電流^不大于最大負荷電流Ie，固態開關Kp在觸發裝置CF的作用下自動關斷，偏磁繞組L。投入回路中，系統恢復正常運行狀態。
實施例2 圖2為本發明實施例2 —種應用于三相系統中的自觸發式直流電抗器型限流器的電原理圖。該實施例是由三個單相自觸發式直流電抗器型限流器，分別串接在三相系統的各相電源與負載之間構成。其每一相的工作原理如圖所示，與實施例1相同。
實施例3 圖3為本發明實施例3 —種單相帶耦合變壓器的自觸發式直流電抗器型限流器的
電原理圖。其中TR為耦合變壓器，單相自觸發式直流電抗器型限流器并聯在耦合變壓器的
副邊，構成單相帶耦合變壓器的自觸發式直流電抗器型限流器，單相帶耦合變壓器的自觸
發式直流電抗器的工作原理與實施例l相同。主要應用于高壓或超高壓系統中，將高電壓
耦合到低電壓等級，從而降低了線路中各器件的額定電壓和絕緣級別的要求，達到節約成
本的目的。 實施例4 圖4為本發明實施例4 一種三相帶耦合變壓器的自觸發式直流電抗器型限流器的電原理圖。由三個單相帶耦合變壓器的自觸發式直流電抗器型限流器應用于三相系統中，分別串接在三相系統的各相電源與負載之間。其工作原理與實施例3相同。
實施例5 圖5為另一種自觸發式直流電抗器型限流器的電原理圖。包括由八只二極管D^HHDe、D7、D8組成的三相全橋整流電路，三相全橋整流電路的直流輸出二端口與限流電抗器連接，限流電抗器由主繞組k、偏磁繞組L。和鐵芯構成，偏磁繞組L。與電抗器的主繞組串聯，偏磁繞組L。的兩端并聯一個由固態開關Kp和觸發裝置CF構成的開關控制回路，三相全橋整流電路串接在三相電源和負載之間，構成三相自觸發式直流電抗器型限流器。 在系統正常運行時，二極管D^D^D^W和二極管D2、D4、D6、D8處于交替導通狀態，負荷電流L不大于最大負荷電流Ie，固態開關Kp處于關斷狀態，偏磁繞組L。串聯在主繞組k回路中，其感生的磁通使限流電抗器運行在飽和狀態，對線路無限流作用。當系統發生故障時，故障短路電流迅速增大超過線路最大負荷電流Ie，此時其中一相的二極管D"Ds正向導通，而二極管D2、D7反向截止；或者二極管D2、D7正向導通，二極管D^Ds反向截止，觸發裝置CF觸發固態開關Kp導通，從而短接偏磁繞組L。，使限流電抗器退出飽和狀態，感抗自動迅速增大，進而有效抑制故障短路電流。其他兩相工作原理相同。
實施例6 圖6為本發明實施例6 —種三相帶耦合變壓器的自觸發式直流電抗器型限流器的電原理圖。三相自觸發式直流電抗器型限流器與三個耦合變壓器的副邊并聯。其工作原理與實施例5相同。
權利要求
一種自觸發式直流電抗器型限流器，包括由二極管構成的整流橋電路、并聯在整流橋電路直流輸出二端口之間的限流電抗器，其特征在于所述限流電抗器主要包括主繞組(L1)、偏磁繞組(L0)和鐵芯，偏磁繞組(L0)與主繞組(L1)串聯，偏磁繞組(L0)的兩端并聯一個由控制方式為自觸發方式的固態開關(Kp)和觸發裝置(CF)構成的開關控制回路。
2. 根據權利要求1所述的自觸發式直流電抗器型限流器，其特征在于所述整流橋電路為由四只二極管組成的單相整流橋電路，構成單相自觸發式直流電抗器型限流器。
3. 根據權利要求1所述的自觸發式直流電抗器型限流器，其特征在于所述整流橋電路為由八只二極管組成的三相全橋整流電路，三相全橋整流電路的直流輸出二端口之間并聯限流電抗器，限流電抗器包括主繞組(L》、偏磁繞組(L。)和鐵芯，偏磁繞組(L。)與主繞組(L》串聯，偏磁繞組(L。)的兩端并聯一個包括固態開關(Kp)和觸發裝置(CF)的開關控制回路。
4. 根據權利要求1至3任一項所述的自觸發式直流電抗器型限流器，其特征在于所述固態開關為固態繼電器、晶閘管或可控硅元件的其中一種。
5. 根據權利要求1至3任一項所述的自觸發式直流電抗器型限流器，其特征在于所述偏磁繞組為一個或一個以上。
6. 根據權利要求2所述的自觸發式直流電抗器型限流器的應用，其特征在于自觸發式直流電抗器型限流器應用于三相系統中，是由三個自觸發式直流電抗器型限流器分別串接于三相系統的每一相電源和負載之間，構成三相自觸發式直流電抗器型限流器。
7. 根據權利要求2所述的自觸發式直流電抗器型限流器的應用，其特征在于自觸發式直流電抗器型限流器應用于高壓或超高壓電網系統中，并聯在耦合變壓器(TR)的副邊，串接于單相電源和負載之間，構成單相帶耦合變壓器的自觸發式直流電抗器型限流器；所述單相帶耦合變壓器的自觸發式直流電抗器型限流器，應用于三相系統中，由三個單相帶耦合變壓器的自觸發式直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自觸發式直流電抗器型限流器。
8. 根據權利要求3所述的自觸發式直流電抗器型限流器的應用，其特征在于所述自觸發式直流電抗器型限流器與第一耦合變壓器、第二耦合變壓器、第三耦合變壓器的副邊連接，構成帶耦合變壓器的三相自觸發式直流電抗器型限流器。
全文摘要
本發明公開了一種自觸發式直流電抗器型限流器及其應用，該裝置包括由二極管構成的整流橋電路，整流橋電路的直流輸出二端口與限流電抗器并聯，所述限流電抗器主要由主繞組、偏磁繞組和鐵芯構成，偏磁繞組與電抗器的主繞組串聯，偏磁繞組的兩端并聯一個由固態開關和觸發裝置構成的控制開關回路，固態開關的控制方式為自觸發方式，無需另外提供電源和控制引線，從而使其運行更為可靠、安全。本發明串接在單相或三相回路的電源與負載之間，能夠實現自動控制，開關動作迅速，延時短、恢復速度快，并能快速有效地限制故障短路電流，減小穩態電流畸變，提高電網安全運行的可靠性。
文檔編號H02H9/02GK101707364SQ20091017529
公開日2010年5月12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