一種短路故障限流器的制作方法

本實用新型屬于限流器領域，更具體地，涉及一種基于耦合電抗器的短路故障限流器。

背景技術：

近年來，隨著電力系統的快速發展，系統短路電流水平急劇增加，短路電流水平的不斷增加對電網造成了嚴重的后果，制約了電力系統的發展。因此，必須采取有效的措施來限制短路故障電流。

故障限流器作為一種限制短路故障電流的技術方案，能夠有效的限制電網中的短路電流水平。其中故障限流器具有以下優點：一方面，能夠減輕斷路器等各種高壓電器設備的動、熱穩定負擔，保證電網的安全與穩定運行；另一方面，可以顯著降低對電網結構的設計容量。因此研究性能優良、經濟合理的新型故障限流器具有重要的現實意義和應用價值。

目前已有的故障限流器主要有以下幾種：(1)將限流電抗器串入到系統，然而串入電感會增加系統正常運行的阻抗，影響系統輸送容量和系統運行穩定性。(2)感應型超導限流器，然而在限流過程中需避免變壓器承受過大的短路電流而磁通飽和的隱患。(3)固態限流器：開關型固態限流器，然而該方案成本較高，同時要求保護電路具有極快的相應速度；諧振型固態限流器，然而該方案引入了電感、電容元件，增加了系統產生振蕩和過電壓的可能性。(4)電弧電流轉移型限流器，然而該方案中采用限流電阻來限制故障電流，在限流工況下存在電阻發熱問題。以上限流方案由于種種缺陷而限制了其在實際系統中的應用。

技術實現要素：

針對現有技術的缺陷，本實用新型提出了一種短路故障限流器，其目的在于減少大的故障電流的持續時間，減小故障電流對系統的影響，增加開斷的可靠性，降低裝置的成本。

本實用新型提供了一種短路故障限流器，包括：斷路器CB1、轉移限流單元和電流檢測單元；所述電流檢測單元與斷路器CB1串聯連接，所述斷路器CB1與所述轉移限流單元并聯后接入電力系統線路中，電流檢測單元的輸出端與轉移限流單元的控制端連接。所述電流檢測單元檢測在短路故障工況下流過斷路器CB1支路的故障電流，并觸發所述轉移限流單元的觸發開關導通。

更進一步地，所述轉移限流單元可采用方案a或方案b實現。方案a包括：第一預充電電容C1、第二預充電電容C2、第一觸發開關K1、第二觸發開關K2和耦合電抗器；所述耦合電抗器的原邊繞組具有第一分接頭和第二分接頭，所述耦合電抗器的副邊繞組與所述斷路器CB1并聯。所述第一分接頭依次串聯連接所述第一觸發開關K1和所述第一預充電電容C1；所述第二分接頭依次串聯連接所述第二觸發開關K2和所述第二預充電電容C2。

更進一步地，當發生短路故障時，通過所述電流檢測單元檢測到的故障電流的方向，觸發方案a中第一觸發開關K1或第二觸發開關K2導通，使耦合電抗器副邊繞組產生高頻振蕩電流，且振蕩電流幅值超過系統故障電流幅值。

更進一步地，根據系統短路故障電流合理匹配方案a中電容參數與耦合電抗器的參數，主要包括：第一預充電電容C1、第二預充電電容C2的電容值和充電電壓，第一分接頭、第二分接頭與副邊繞組的變比及耦合系數等參數。

方案b包括：第三預充電電容C3、第三觸發開關K3和耦合電抗器；所述耦合電抗器的原邊繞組依次串聯連接所述第三觸發開關K3和所述第三預充電電容C3，所述耦合電抗器的副邊繞組與所述斷路器CB1并聯。

更進一步地，當發生短路故障時，通過所述電流檢測單元檢測到的故障電流觸發方案b中第三觸發開關K3，使耦合電抗器副邊繞組產生高頻振蕩電流，且振蕩電流幅值超過系統故障電流幅值。

更進一步地，根據系統的短路故障電流合理匹配方案b中電容參數與耦合電抗器參數，主要包括第三預充電電容C3的電容值和充電電壓，耦合電抗器原副邊變比及耦合系數等參數，使耦合電抗器副邊繞組產生的高頻振蕩電流與流過斷路器CB1的短路故障電流產生過零點。

更進一步地，當發生短路故障時，通過所述電流檢測單元輸出的控制信號觸發所述第一觸發開關K1或第二觸發開關K2導通，使耦合電抗器副邊繞組產生高頻振蕩電流，且振蕩電流幅值超過系統故障電流幅值。

更進一步地，所述轉移限流單元包括：第三預充電電容C3、第三觸發開關K3和耦合電抗器；所述耦合電抗器的原邊繞組依次串聯連接所述第三觸發開關K3和所述第三預充電電容C3，所述耦合電抗器的副邊繞組與所述斷路器CB1支路并聯。

更進一步地，當發生短路故障時，通過所述電流檢測單元輸出的控制信號觸發所述第三觸發開關K3導通，使耦合電抗器副邊繞組產生高頻振蕩電流，且振蕩電流幅值超過系統故障電流幅值。

更進一步地，根據短路故障電流的大小和方向，匹配轉移限流單元中電容參數與耦合電抗器的參數，使耦合電抗器副邊繞組的高頻振蕩電流與流過斷路器CB1的短路故障電流產生過零點。

更進一步地，在其他參數不變的情況下，通過增加第一預充電電容C1、第二預充電電容C2的電容值和充電電壓，增加第一分接頭、第二分接頭與副邊繞組的耦合系數，提高轉移限流單元中耦合電抗器副邊繞組的高頻振蕩電流幅值。

更進一步地，在其他參數不變的情況下，通過或增加第三預充電電容C3的電容值和充電電壓，增加耦合電抗器的耦合系數，提高轉移限流單元中耦合電抗器副邊繞組的高頻振蕩電流幅值。

本實用新型具有以下優點：

(1)在正常工況下，系統電流流過斷路器CB1支路，運行損耗小，限流器對系統基本無影響。

(2)在短路故障工況下，若轉移限流單元采用方案a時，根據電流檢測單元檢測到的故障電流的方向，通過觸發第一觸發開關K1或第二觸發開關K2的導通使斷路器CB1斷開，耦合電抗器副邊繞組串聯接入系統線路中，能夠快速限制故障電流的幅值，減小故障電流對系統的沖擊。

(3)在短路故障工況下，若轉移限流單元采用方案b時，通過觸發第三觸發開關K3的導通使斷路器CB1支路斷開，耦合電抗器副邊繞組串聯接入系統線路中，能夠快速限制故障電流的幅值，減小故障電流對系統的沖擊。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的一種短路故障限流器的原理框圖。其中1為轉移限流單元，2為電流檢測單元。

圖2為本實用新型的一種短路故障限流器中轉移限流單元采用方案a的原理圖。C1為第一預充電電容，C2為第二預充電電容，K1為第一觸發開關，K2為第二觸發開關，耦合電抗器由原邊繞組和副邊繞組構成，其中原邊繞組由第一分接頭和第二分接頭組成。圖2中轉移限流單元接線端A、B分別與圖1中接線端A、B相連。其中，3為耦合電抗器，31為第一分接頭31，32為第二分接頭32；

圖3為本實用新型的一種短路故障限流器中轉移限流單元采用方案b的原理圖。C3為第三預充電電容，K3為第三觸發開關。圖3中轉移限流單元接線端A、B分別與圖1中接線端A、B相連。

圖4為本實用新型的一種短路故障限流器應用在電力系統中的原理圖，G為無窮大系統，T為變壓器，CB2、CB3為線路斷路器。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型具體涉及一種基于耦合電抗器能快速限制故障電流的電流轉移型故障限流器。圖1示出了短路故障限流器的原理框圖，圖2示出了短路故障限流器中轉移限流單元1采用方案a的具體電路圖，圖3示出了短路故障限流器中轉移限流單元1采用方案b的具體電路圖。為了便于說明，僅示出了與本實用新型實施例相關的部分，詳述如下：

本實用新型提供了短路故障限流器，包括：斷路器CB1、轉移限流單元1和電流檢測單元2。電流檢測單元2與斷路器CB1串聯連接，斷路器CB1和轉移限流單元1并聯后接入電力系統線路中。電流檢測單元2的輸出端與轉移限流單元1的控制端連接，用于觸發相應的開關導通。

在本實用新型實施例中，轉移限流單元1可采用方案a或方案b來實現。

方案a包括：第一預充電電容C1，第二預充電電容C2，第一觸發開關K1，第二觸發開關K2和耦合電抗器3。其中，耦合電抗器3包括原邊繞組和副邊繞組，原邊繞組分別由第一分接頭31和第二分接頭32組成。所述第一分接頭31與第一預充電電容C1、第一觸發開關K1依次串聯連接；所述第二分接頭32與第二預充電電容C2、第二觸發開關K2依次串聯連接，耦合電抗器3副邊繞組與斷路器CB1并聯連接。

當系統正常運行時，第一觸發開關K1和第二觸發開關K2處于斷開狀態，斷路器CB1處于閉合狀態，系統電流流過斷路器CB1。

當系統發生短路故障時，短路電流迅速增加，當短路電流大于設定的閾值時，斷路器CB1觸頭分開并燃弧，當觸頭打開至一定開距后，根據電流檢測單元2檢測到流過斷路器CB1中短路故障電流的方向，觸發相應的第一觸發開關K1或第二觸發開關K2導通，轉移限流單元1產生幅值高于故障電流幅值的高頻反向電流，反向電流疊加在斷路器CB1上，形成“人工電流零點”從而熄滅電弧。短路故障電流從斷路器CB1支路轉移到耦合電抗器3副邊繞組的支路上，實現故障限流。

當檢測到短路故障電流為正向時，即與圖1中I的方向相同，斷路器CB1開始分閘并產生電弧，當斷路器CB1觸頭分開到一定開距時，使第一觸發開關K1導通，第一預充電電容C1通過耦合電抗器3原邊繞組第一分接頭31放電，在耦合電抗器3副邊繞組上形成高頻振蕩電流，此高頻振蕩電流疊加在流過斷路器CB1的故障電流上產生電流零點，斷路器CB1在電流零點處熄弧斷開。

當檢測到短路故障電流為反向時，即與圖1中I的方向相反，斷路器CB1開始分閘并產生電弧，當斷路器CB1觸頭分開到一定開距時，使第二觸發開關K2導通，第二預充電電容C2通過耦合電抗器3原邊繞組第二分接頭32放電，在耦合電抗器3副邊繞組上形成高頻振蕩電流，此高頻振蕩電流疊加在流過斷路器CB1的故障電流上產生電流零點，斷路器CB1在電流零點處熄弧斷開。

方案b包括：第三預充電電容C3，第三觸發開關K3和耦合電抗器3，所述耦合電抗器3的原邊繞組依次串聯連接所述第三觸發開關K3和所述第三預充電電容C3，所述耦合電抗器3的副邊繞組與所述斷路器CB1并聯。

當系統正常運行時，第三觸發開關K3斷開，斷路器CB1處于閉合狀態，系統電流流過斷路器CB1。

當系統發生短路故障時，短路電流迅速增加，當短路電流大于設定的閾值時，斷路器CB1觸頭分開并燃弧，當觸頭打開至一定開距后，觸發第三觸發開關K3導通。

當檢測到短路故障電流為正向時，即與圖1中I的方向相同，轉移限流單元1產生幅值高于故障電流幅值的高頻振蕩電流，反向電流疊加在斷路器CB1上，形成“人工電流零點”從而熄滅電弧。短路故障電流從斷路器CB1支路轉移到耦合電抗器3副邊繞組的支路上，實現故障限流。

當檢測到短路故障電流為反向時，即與圖1中I的方向相反，轉移限流單元1產生幅值高于故障電流幅值的高頻振蕩電流，利用振蕩電流的第二個半波電流疊加在斷路器CB1上形成“人工電流零點”從而熄滅電弧，短路故障電流從斷路器CB1支路轉移到耦合電抗器3副邊繞組的支路上，實現故障限流。

在本實用新型實施例中，耦合電抗器3可為空心耦合電抗器3或鐵芯耦合電抗器3。其中轉移限流單元1方案a中電抗器原邊繞組由第一分接頭31和第二分接頭32構成，根據系統實際工況，第一分接頭31和第二分接頭32可以連接在耦合電抗器3原邊繞組同一接線端或不同接線端。

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

本實用新型涉及一種短路故障限流器，在短路故障工況下，能夠快速限制故障電流的幅值，減小故障電流對系統的沖擊。

為了更進一步的說明本實用新型實施例提供的短路故障限流器，現結合附圖和具體實例詳述如下：

圖1為本實用新型提供的一種短路故障限流器的原理圖，主要由斷路器CB1、轉移限流單元1和電流檢測單元2三部分構成。

斷路器CB1：在正常工況下，通過系統額定電流，運行損耗小。

電流檢測單元2：在短路故障工況下，檢測流過斷路器CB1支路的故障電流大小和方向，并將信號傳遞給轉移限流單元1中觸發開關的控制端。

轉移限流單元1：可采用方案a或方案b來實現，在短路故障工況下，接收電流檢測單元2傳遞的信號，觸發相應的觸發開關導通，產生高頻振蕩電流，此高頻振蕩電流疊加在流過斷路器CB1的故障電流上產生電流零點。

圖2為一種短路故障限流器中轉移限流單元1的方案a的原理圖。

方案a由第一預充電電容C1、第二預充電電容C2、第一觸發開關K1、第二觸發開關K2和耦合電抗器3組成。

耦合電抗器3第一分接頭31與第一預充電電容C1、第一觸發開關K1串聯連接，耦合電抗器3第二分接頭32與第二預充電電容C2、第二觸發開關K2串聯連接。在發生短路故障時，根據故障電流的方向，通過控制第一觸發開關K1和第二觸發開關K2的導通和關斷，使耦合電抗器3副邊繞組產生高頻振蕩電流，且振蕩電流幅值超過系統故障電流幅值。

根據短路故障電流的大小及方向，合理匹配轉移限流單元1中電容參數與耦合電抗器3的參數(主要包括第一預充電電容C1和第二預充電電容C2的電容值和充電電壓，第一分接頭31、第二分接頭32與副邊繞組變比及耦合系數)，使耦合電抗器3副邊繞組產生的高頻振蕩電流與流過斷路器CB1的短路故障電流產生過零點。

在其它參數不變的情況下，可以通過增加電抗器第一分接頭31、第二分接頭32與副邊繞組的耦合系數，第一預充電電容C1、第二預充電電容C2的電容值和充電電壓來提高轉移限流單元1中耦合電抗器3副邊繞組的高頻振蕩電流幅值。

圖3為一種短路故障限流器中轉移限流單元1的方案b的原理圖。

方案b由第三預充電電容C3、第三觸發開關K3和耦合電抗器3組成。耦合電抗器3的原邊繞組依次串聯連接第三觸發開關K3和第三預充電電容C3，在發生短路故障時，通過觸發第三觸發開關K3的導通，使耦合電抗器3副邊繞組產生高頻振蕩電流，且振蕩電流幅值超過系統故障電流幅值。

在其它參數不變的情況下，可以通過增加耦合電抗器3的耦合系數、第三預充電電容C3的電容值和充電電壓來提高轉移限流單元1中耦合電抗器3副邊繞組的高頻振蕩電流幅值。

轉移限流單元1采用方案a時對耦合電抗器3和充電電容的參數要求：

若電流檢測單元2檢測到系統發生短路故障時，根據短路故障電流的方向，閉合相應的第一觸發開關K1或第二觸發開關K2。

當第一觸發開關K1閉合時，第一預充電電容C1向耦合電抗器3原邊繞組的第一分接頭31放電，應保證反向高頻振蕩電流與流過斷路器CB1上的故障電流產生電流零點。

當第二觸發開關K2閉合時，第二預充電電容C2向耦合電抗器3原邊繞組的第二分接頭32放電，應保證反向高頻振蕩電流與流過斷路器CB1上的故障電流產生電流零點。

轉移限流單元1采用方案b時對耦合電抗器3和充電電容的參數要求：

在短路故障工況下，當第三觸發開關K3閉合時，第三預充電電容C3向耦合電抗器3原邊繞組放電，應保證副邊高頻振蕩電流與流過斷路器CB1上的故障電流產生電流零點。

耦合電抗器3副邊電感參數要求：在系統短路故障工況下，斷路器CB1斷開后，耦合電抗器3副邊電感應能將故障電流限制到線路斷路器的開斷能力范圍內。

圖4為短路故障限流器應用在電力系統中的原理圖，限流器安裝在變壓器低壓側，當出線端出現短路故障時，短路故障限流器迅速動作將故障電流限制到線路斷路器的開斷能力范圍內，減小故障電流的幅值和持續時間，從而減小了短路故障電流對變壓器等電力設備的損害，有利于電力系統的安全穩定運行。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。