一種故障電流限制器的製作方法
2024-03-21 20:06:05
專利名稱：一種故障電流限制器的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力設備技術領域，尤其涉及一種無需使用可控電力電子器件的故障電流限制器。
背景技術：
故障電流限制器就是用來限制故障電流的一種設備。目前比較實用的故障電流限制器如圖1所示，它主要由三部分組成一個快速動作的GTO開關(包括GTO開關的緩衝吸收電路SNB)，一個限制電流的阻抗L，一個氧化鋅避雷器Y，此外有一套檢測電流的裝置和一套控制裝置(圖中未示出)。GTO開關由電流的上升率驅動，在幾十微秒內可轉化為斷開狀態，並可斷開很大的電流。正常工作時，GTO開關處於完全導通狀態；當發生故障時，GTO迅速斷開，故障電流流過限流阻抗，氧化鋅避雷器將限制限流阻抗兩端的電壓上升速度，並且電壓加在阻抗兩端，從而限制了故障電流。但這種裝置目前只局限於小容量，因而大多用於配電網，而用於大容量的輸電網時，存在如下兩個問題(1)GTO額定電壓和額定電流低。在高電壓電力電路中使用時必須採用多管串聯(提高電壓)、並聯(增大電流)的方法。這就要求更為複雜、可靠的GT0驅動和同步控制技術，否則裝置將無法正常工作。
(2)GTO的通態損耗大。目前大功率GTO的通態壓降約為1.7V，流過1000A的負荷電流時的損耗約為1.7kW，因此在高電壓大電流的迴路中採用多個GTO串、並聯時，損耗相當可觀，這就要求具有良好的散熱裝置。
目前上述兩個問題都沒有得到很好的解決，因此限制了這種結構的故障電流限制器的應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種可用於輸電網和配電網的故障電流限制器，改變已有技術的電路結構，以便在無需使用可控電力電子器件的情況下實現對故障電流的限制。
本發明提出的一種故障電流限制器，由工作於電網電壓正半周的限流單元和工作於電網電壓負半周的限流單元構成；其中，所述工作於電網電壓正半周的限流單元，包括兩個工作於電網電壓正半周的快恢復二極體D1、DP1；一個限流電感LP1和一個限流電阻R1；為限流迴路提供直流偏置電流的三相不控整流橋RCT1，以及一個為三相不控整流橋提供交流輸入的調壓變壓器T1；其中所述快恢復二極體DP1、限流電感LP1、限流電阻R1和三相不控整流橋RCT1的直流輸出端連接成一個直流偏置環，快恢復二極體D1與所述直流偏置環串接；所述工作於電網電壓負半周的限流單元，包括兩個工作於電網電壓負半周的快恢復二極體D2、DP2；一個限流電感LP2和一個限流電感R2；為限流迴路提供直流偏置電流的三相不控整流橋RCT2，以及一個為三相不控整流橋提供交流輸入的調壓變壓器T2；其中快恢復二極體DP2、限流電感LP2、限流電感R2和三相不控整流橋RCT2的直流輸出端連接成一個直流偏置環，快恢復二極體D2與所述直流偏置環串接。
本發明具有以下效果和優點1、從電路結構上看，不使用昂貴的可控電力電子器件，也就沒有複雜的驅動、控制和緩衝吸收電路，使得裝置結構大為簡化，成本大幅降低。
2、電路可以變化使用。兩個不控整流橋可以根據不同的使用場合決定是否工作當對諧波要求不高時，可以將不控整流橋退出運行，這樣裝置更為簡單；當對諧波要求較高時，可將不控整流橋投入運行，為限流迴路提供直流偏置電流。
3、通過調整調壓變壓器的分接頭來調節直流偏置電流，從而適應不同的負荷工況。
綜上所述，本發明提出的故障電流限制器，不使用可控的電力電子器件既滿足限制故障電流的要求，又降低了成本，提高了裝置的利用效率。
圖1是已有的故障電流限制器電路圖。
圖2是本發明設計的新型故障電流限制器的電路圖。
圖3是利用本發明在有直流偏置電流時的故障電流限制效果圖。
圖4是利用本發明在無直流偏置電流時的故障電流限制效果圖。
具體實施例方式
本發明提出的故障電流限制器，結合附圖及實施例詳細說明如下本發明的電路如圖2所示，其中，1是工作於電網電壓正半周的限流單元，2是工作於電網電壓負半周的限流單元；其中，工作於電網電壓正半周的限流單元，包括兩個工作於電網電壓正半周的快恢復二極體D1、DP1；一個限流電感LP1和一個限流電阻R1；為限流迴路提供直流偏置電流的三相不控整流橋RCT1，以及一個為三相不控整流橋提供交流輸入的調壓變壓器T1；其中所述快恢復二極體DP1、限流電感LP1、限流電阻R1和三相不控整流橋RCT1的直流輸出端連接成一個直流偏置環，快恢復二極體D1與所述直流偏置環串接；所述工作於電網電壓負半周的限流單元，包括兩個工作於電網電壓負半周的快恢復二極體D2、DP2；一個限流電感LP2和一個限流電感R2；為限流迴路提供直流偏置電流的三相不控整流橋RCT2，以及一個為三相不控整流橋提供交流輸入的調壓變壓器T2；其中快恢復二極體DP2、限流電感LP2、限流電感R2和三相不控整流橋RCT2的直流輸出端連接成一個直流偏置環，快恢復二極體D2與所述直流偏置環串接。
以下介紹本發明的統一電能質量調節器的工作原理由於1、2分別工作於電網電壓的正、負半周，電路結構對稱，參數完全一樣，因此只需分析限流單元1即可。
有直流偏置電流情況下正常工作時電路狀態分析由不控整流橋獲得的直流電壓Ue1將在限流迴路中產生直流偏置電流，此電流的大小為 若is1Ue1R1,]]>則iLP1=Ue1R1,]]>流過限流電感LP1的電流將被限制為直流偏置電流，那麼流過二極體DP1上的電流為iL1＝iLP1-is1由於iL1＞0，DP1上流過正向電流，其兩端電壓UAB＝0，所以負載上的電壓就是電網電壓Us。因此，在正常運行時，二極體DP1必須要導通，這樣才能保證負載上的電壓為正常值，這就要求直流偏置電流iLP1必須大於is1。
有直流偏置電流情況下故障時電路狀態分析當如圖2中E點發生短路故障時，由於短路電流is1大於直流偏置電流iLP1，因此iLP1將會隨著故障電流上升，但是由於電感LP1的限流作用，iLP1不會突變，而是平緩上升，短路電流通過限流電感和限流電阻流向短路點，電網電壓幾乎全部降在限流電感和限流電阻上，短路電流得到了抑制。
利用本發明在有直流偏置電流時的故障電流限流效果如圖3a所示，在有直流偏置電流時的電壓波形如圖3b所示；圖3a中，Is是系統電流，用帶有小方塊的曲線表示；iL1是流過二極體DP1的電流，用帶有倒三角的曲線表示；iLP1是流過限流電感LP1的電流，用帶有正三角的曲線；圖3b中UL是負載電壓用帶有小方塊的線表示；Uab是二極體DP1兩端的電壓用帶有正三角的線。
在無直流偏置電流情況下電路狀態分析由於沒有直流偏置電流，正常運行時，二極體DP1的狀態取決於iLP1的變化。當iLP1跟隨is1而變化，即iLP1＝is1時，流過二極體DP1的電流iL1＝0，這時DP1將截止，UAB≠0；當iLP1等於is1峰值時後is1將下降，由於限流電感LP1的作用，iLP1不隨is1變化，而是通過DP1和R1衰減，這時iL1將緩慢上升，DP1導通，UAB＝0，這就是說，在這種情況下，UAB不會時時為零，在DP1截止時，UAB≠0，這就使得負載電壓出現畸變，產生諧波，但這個畸變量相對於電網電壓來說還是很小的(配電網電壓一般為10kV，UAB只有幾十伏)，因此在對諧波無特別嚴格要求的場合，這種結構的故障電流限制器是可行的。
故障時的狀態同有直流偏置電流情況下故障時電路狀態一樣，在無直流偏置電流時的故障電流限流效果如圖4a所示，在無直流偏置電流時的電壓波形如圖4b所示；圖4a中，Is是系統電流，用帶有小方塊的曲線表示；iL1是流過二極體DP1的電流，用帶有倒三角的曲線表示；iLP1是流過限流電感LP1的電流，用帶有正三角的曲線；圖4b中UL是負載電壓用帶有小方塊的線表示；Uab是二極體DP1兩端的電壓用帶有正三角的線。
由於電路的對稱及元件參數的完全一致，限流單元2在電網電壓負半周時的電路狀態分析完全類似於限流單元1。
本發明的一個實施例中參數如下電網電壓Us＝1000V；系統阻抗Zs＝2Ω；負載RL＝10Ω；XL＝3.14Ω限流電感LP1＝LP2＝10mH；限流電阻R1＝R2＝0.1Ω；直流偏置電流為200A本實施例中的快恢復二極體D1、D2、DP1、DP2，不控整流橋RCT、RCT2以及調壓變壓器T1、T2均採用成熟常規產品。
權利要求
1.一種故障電流限制器，其特徵在於，由工作於電網電壓正半周的限流單元和工作於電網電壓負半周的限流單元構成；其中，所述工作於電網電壓正半周的限流單元，包括兩個工作於電網電壓正半周的快恢復二極體(D1、DP1)；一個限流電感(LP1)和一個限流電阻(R1)；為限流迴路提供直流偏置電流的三相不控整流橋(RCT1)，以及一個為三相不控整流橋提供交流輸入的調壓變壓器(T1)；其中所述快恢復二極體(DP1)、限流電感(LP1)、限流電阻(R1)和三相不控整流橋(RCT1)的直流輸出端連接成一個直流偏置環，快恢復二極體(D1)與所述直流偏置環串接；所述工作於電網電壓負半周的限流單元，包括兩個工作於電網電壓負半周的快恢復二極體(D2、DP2)；一個限流電感(LP2)和一個限流電感(R2)；為限流迴路提供直流偏置電流的三相不控整流橋(RCT2)，以及一個為三相不控整流橋提供交流輸入的調壓變壓器(T2)；其中快恢復二極體(DP2)、限流電感(LP2)、限流電感(R2)和三相不控整流橋(RCT2)的直流輸出端連接成一個直流偏置環，快恢復二極體(D2)與所述直流偏置環串接。
全文摘要
本發明涉及一種故障電流限制器，屬電力設備技術領域。包括兩個工作於電網電壓正、負半周的限流單元，分別由兩個快恢復二極體，一個限流電感和一個限流電阻和為限流迴路提供直流偏置電流的三相不控整流橋以及一個為三相不控整流橋提供交流輸入的調壓變壓器組成。本發明可根據不同的負荷容量，通過調節調壓變壓器的分接頭來改變不控整流橋輸出電壓，從而改變限流迴路的直流偏置電流，使得正常工作時的負荷電流不通過限流電感和電阻，而當發生短路故障時，短路電流將通過限流電感和電阻，從而限制短路電流。本發明不使用昂貴的可控電力電子器件，只需使用相對低廉二極體，因而成本大大降低，是一種很實用的故障電流限流裝置。
文檔編號H02H9/02GK1588740SQ20041008028
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月29日 優先權日2004年9月29日
發明者姜齊榮, 黃瑋 申請人:清華大學