偏磁橋路型短路電流限制器的製作方法

2023-11-05 21:31:47 2

專利名稱：偏磁橋路型短路電流限制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種電氣技術領域的器件，特別是一種偏磁橋路型短路電流限制器。
背景技術：
隨著電力系統的不斷發展和規模的壯大，系統短路容量迅速增加，已達到目前常規斷路器遮斷容量無法滿足要求的程度。而在系統中採用有效的限流技術，一方面能將短路電流限制到較低的水平，滿足遮斷容量的要求，另一方面可以極大地減少電氣設備的動穩定和熱穩定電流設計值，具有極大的經濟價值和社會意義。目前研究較多的有超導型短路限流器，超導技術在高電壓大功率場合的應用技術不成熟，成本昂貴，在目前尚無大量實用化的可能。諧振式限流器需要快速觸發電子開關，可靠性和抗幹擾性差，在大負載電流系統中，所需的補償電容數量極大，無法投入實際應用。固態限流器成本高昂且要求保護電路具有極快的響應速度，可靠性難於滿足要求。飽和電抗式短路限流器在大的短路電流發生時，直流繞組線圈中將產生很大的偶次諧波電流且是電流源性質，偏置電源工作條件嚴酷，高壓大容量等級下根本不能實現。
經對現有技術的文獻檢索發現，BOENING H J等人在Proceeding of PESSummer Meeting(電力電子系統2002夏季會議論文集).2002.455-460上撰文「The bridge-type fault current controller-A new FACTS controller」(「橋式故障限流器-新型柔性交流輸電系統限流器」)，該文介紹了一種全控橋路型超導故障限流器。它由晶閘管橋路、超導線圈組成。當控制晶閘管在不同觸發角觸發時，限流器在控制短路電流時所表現的等值電感不同。當觸發角為0時，故障時的限流電感即HTS的電感；當觸發角為π/2時，限流器電流的等值電感為無窮大，此時相當於斷路器。全控橋路型超導故障限流器通過對晶閘管觸發角的控制，可以靈活控制故障時串入線路的阻抗的大小，在正常運行時又能起到調節潮流的作用。這種限流器存在兩個問題，一是在短路情況下晶閘管要通過短路電流，從根本上限制了大功率的應用，很難上升到500kV等級電網的應用。二是全控橋路型超導故障限流器的使用會引入大量諧波，並且需要故障檢測裝置。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種偏磁橋路型短路電流限制器，使得正常運行時穩定且電壓損失小於1％額定電壓，不產生附加諧波；當電網發生故障時，立刻轉換為大阻抗，將短路電流限制在小於4倍常態電流的範圍之內；故障消除後立即返回原來狀態，以滿足線路重合閘的要求，短路期間能夠承受多次故障的衝擊，動態響應時間小於1/2個周波。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明偏磁橋路型短路電流限制器包括飽和電抗橋路和限流電抗器。飽和電抗器橋路由三柱鐵芯、交流繞組和偏磁繞組組成。交流繞組為兩個串聯的筒型包，分別套在三柱鐵芯的兩個邊柱上，每個繞組有三個分接頭。偏磁繞組為一個長方筒型包，套裝在三柱鐵芯的中柱上。限流電抗器通過偏磁電源與套在三柱鐵芯中柱上的偏磁繞組構成偏磁電流迴路。
偏磁繞組、交流繞組與三柱鐵芯之間為絕緣層和散熱孔，中柱和兩個邊柱之間的連接部分為上軛鐵和下軛鐵，偏磁繞組、交流繞組與上軛鐵、下軛鐵之間為絕緣墊塊。
三柱鐵芯兩個邊柱的截面積相等，中柱截面積大於邊柱截面積的二倍，即大於兩個邊柱截面積之和。三柱鐵芯兩邊柱、上軛鐵、下軛鐵及中柱構成交流磁場迴路和偏磁磁場迴路。
交流繞組由兩個繞組組成，它們分別套裝在三柱鐵芯的兩個邊柱上，兩個繞組串聯。偏磁繞組套裝在三柱鐵芯的中柱上。正常運行狀態，偏磁直流電源產生的直流偏磁電流在偏磁繞組產生一個直流磁動勢，使三柱鐵芯處於深度飽和狀態，交流繞組串聯在輸電線路中。當額定交流電流通過交流繞組時，由於鐵芯處於深度飽和，此時鐵芯對交流電流而言相當於變為氣隙，交流繞組在電網中處於低感抗狀態，因此交流繞組上壓降很低，小於1％線路額定電壓。當電力系統中出現短路故障時，瞬間增大的電流使交流繞組產生的磁動勢增加至足以抵消直流偏磁繞組所產生的偏磁磁動勢，限流器某一邊的鐵芯由飽和態進入非飽和態，假如線路電壓正半周期間橋路鐵芯的左邊柱、上軛鐵、下軛鐵及中柱失去飽和，則在這半周期內左邊交流繞組和中柱偏磁繞組間相當於單相變壓器工作狀態，右邊柱進入更深度飽和而不參與相互作用，這樣在偏磁繞組中的限流電抗器被自動接入電路起到限流作用。同理在線路電壓負半周期期間，右邊柱、上軛鐵、下軛鐵及中柱失去飽和，接入限流電抗器，自動限制了電網中短路電流的增加。
本發明具有實質性特點和顯著進步，本發明的偏磁直流電源處於電網二次側，能夠與一次側進行電氣隔離。當飽和電抗橋路處於故障限流狀態時，退出飽和邊柱上的交流線圈和中柱偏磁繞組間相當於是變壓器工作狀態，將偏磁迴路中的限流電抗器接入電路起到限流作用，而不完全依賴鐵磁材料的特性來限流，因此對鐵磁材料的特性沒有特別的要求。故障後通過對偏磁直流電源的控制，使得偏磁直流電源處於逆變滅磁狀態，使邊柱和中柱鐵芯快速退出飽和，進入變壓器狀態，起到快速限制短路電流的作用，限流響應時間小於1/2個周波。


圖1飽和電抗橋路結構示意2偏磁橋路型短路電流限制器各繞組接線圖具體實施方式
如圖1、2所示，本發明包括飽和電抗橋路1和限流電抗器2。飽和電抗橋路1由交流繞組8、偏磁繞組9和三柱鐵芯3組成，交流繞組8為兩個串聯的筒形包，分別套在三柱鐵芯的兩個邊柱4上，偏磁繞組9為一個長方筒形包，套在三柱鐵芯3的中柱5上。限流電抗器2通過偏磁電源與套在三柱鐵芯3中柱5上的偏磁繞組9構成偏磁電流迴路。
交流繞組8、偏磁繞組9與三柱鐵芯3之間為絕緣層6和散熱孔7，中柱5和兩個邊柱4之間的連接部分為上軛鐵10和下軛鐵11，交流繞組8、偏磁繞組9與上軛鐵10、下軛鐵11之間為絕緣墊塊。
三柱鐵芯兩個邊柱4和上軛鐵10、下軛鐵11及中柱5構成交流磁場迴路和偏磁磁場迴路。
交流繞組8通過端子F1、F2串聯在輸電線路中。偏磁繞組9端子O、N接偏磁電源。
正常運行狀態，偏磁直流電源產生的直流偏磁電流在偏磁繞組9產生一個直流磁動勢，使三柱鐵芯3處於深度飽和狀態，交流繞組8串聯在輸電線路中。當額定交流電流通過交流繞組8時，由於鐵芯處於深度飽和，此時鐵芯對交流電流而言相當於變為氣隙，交流繞組8在電網中處於低感抗狀態，因此交流繞組8上壓降很低，小於1％線路額定電壓。當電力系統中出現短路故障時，瞬間增大的電流使交流繞組8產生的磁動勢增加至足以抵消直流偏磁繞組9所產生的偏磁磁動勢，限流器某一邊的鐵芯由飽和態進入非飽和態，假如線路電壓正半周期間橋路鐵芯的左邊柱4、上軛鐵10、下軛鐵11及中柱5失去飽和，則在這半周期內左邊交流繞組8和中柱偏磁繞組9間相當於單相變壓器工作狀態，右邊柱4進入更深度飽和而不參與相互作用，這樣在偏磁繞組9中的限流電抗器2被自動接入電路起到限流作用。同理在線路電壓負半周期期間，右邊柱4、上軛鐵10、下軛鐵11及中柱5失去飽和，接入限流電抗器2，自動限制了電網中短路電流的增加。
權利要求
1.一種偏磁橋路型短路電流限制器，包括飽和電抗橋路(1)和限流電抗器(2)，其特徵在於，飽和電抗橋路(1)由交流繞組(8)、偏磁繞組(9)和三柱鐵芯(3)組成，交流繞組(8)為兩個串聯的筒形包，分別套在三柱鐵芯的兩個邊柱(4)上，偏磁繞組(9)為一個長方筒形包，套在三柱鐵芯(3)的中柱(5)上。
2.根據權利要求1所述的偏磁橋路型短路電流限制器，其特徵是，所述的飽和電抗橋路(1)中，交流繞組(8)、偏磁繞組(9)與三柱鐵芯(3)之間為絕緣層(6)和散熱孔(7)，中柱(5)和兩個邊柱(4)之間的連接部分為上軛鐵(10)和下軛鐵(11)，交流繞組(8)、偏磁繞組(9)與上軛鐵(10)、下軛鐵(11)之間為絕緣墊塊。
3.根據權利要求1或者2所述的偏磁橋路型短路電流限制器，其特徵是，所述的三柱鐵芯(3)的兩邊柱(4)和上軛鐵(10)、下軛鐵(11)及中柱(5)構成交流磁場迴路和偏磁磁場迴路。
4.根據權利要求1或者2所述的偏磁橋路型短路電流限制器，其特徵是，所述的三柱鐵芯(3)，其兩個邊柱(4)的截面積相等，中柱(5)截面積大於邊柱(4)截面積的二倍，即大於兩個邊柱(4)截面積之和。
5.根據權利要求1所述的偏磁橋路型短路電流限制器，其特徵是，所述的限流電抗器(2)通過偏磁電源與套在三柱鐵芯(3)中柱(5)上的偏磁繞組(9)構成偏磁電流迴路。
全文摘要
一種偏磁橋路型短路電流限制器，屬於電氣技術領域。本發明包括飽和電抗橋路和限流電抗器。飽和電抗橋路由交流繞組、偏磁繞組和三柱鐵芯組成。交流繞組為兩個串聯的筒形包，分別套在三柱鐵芯的兩個邊柱上，偏磁繞組為一個長方筒形包，套在三柱鐵芯的中柱上。限流電抗器通過偏磁電源與套在三柱鐵芯中柱上的偏磁繞組構成偏磁電流迴路。本發明在正常運行時穩定且電壓損失小於1％額定電壓，不產生附加諧波，並能在小於1/2個周波的時間內將短路電流限制在小於4倍常態電流的範圍之內。
文檔編號H02H3/08GK1885664SQ20061002716
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月1日 優先權日2006年6月1日
發明者蔡旭, 騰樂天, 金之儉, 姜益民, 凌志斌, 潘豔霞 申請人:上海交通大學