一种短路故障限流器制造技术

一种短路故障限流器，特别涉及输配电网的故障限流器。其特征是在已有的桥路型短路故障限流器的基础上，整流桥桥臂由可控固态开关管与限流电阻的并联回路相互串联，再与二极管串联而组成。本发明专利技术实现了电感和电阻共同限流，不但能限制故障电流的峰值，而且限制故障电流稳态值。本发明专利技术把可控固态开关管与限流电阻有机地结合在一起，降低了限流器的制造成本，提高了系统的稳定性和可靠性，限流能力强，对线路影响小，可提高电网电能质量及高压或超高压输电网系统的稳定性，安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种短路故障限流器，特别涉及输配电网的故障限流器。
技术介绍
随着国民经济的快速发展，社会对电力的需求不断增加，带动了电力系统的不断发展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心负荷不断增加，就使得电力系统之间互联，各级电网中的短路电流水平不断提高，短路故障对电力系统及其相连的电气设备的破坏性也越来越大。而且，在对电能的需求量日益增长的同时，人们对电能质量、供电可靠性和安全性等也提出了更高的要求。然而，大电网的暂态稳定性问题比较突出，其中最重要的原因之一是由于常规电力技术缺乏行之有效的短路故障电流限制技术。目前，世界上广泛采用断路器对短路电流全额开断，由于短路电流水平与系统的容量直接相关，在断路器的额定开断电流水平一定的情况下，采用全额开断短路电流将会限制电力系统的容量的增长，并且断路器价格昂贵且其价格随其额定开断电流的增加而迅速上升。随着电网容量和规模的扩大，这一问题将变得更为严重。短路故障限流器为这一问题的解决提供了新思路。比如，固态短路故障限流器它在检测到短路故障时，通过快速改变故障电网的阻抗和感抗参数，可以将故障电流限制在较低的水平，以保护电力设备，并保证在已有断路器遮断能力的前提下切断短路故障。申请号为200410003459.8的中国专利提出一种短路故障限流器，如图1(a)所示其电路主要是由构成整流桥的二极管、与二极管串联的限流电抗器、限制故障电流的超导直流电抗器等组成。在正常运行时，限流器对电网无压降、几乎无功耗；一旦系统发生短路故障，当电网电流达到直流电抗器的电流时，超导直流电抗器便自动串入线路和桥路上的电抗器共同限制故障电流上升率，从而把故障电流限制在一定的水平，以保证断路器及时切断故障电流。在该限流器拓扑中，通过给二极管串联电抗器，提高了限流器的限流能力。可以通过短路故障限流器配合断路水平较低的断路器来实现较高水平的故障电流切断操作。但是，这种限流器在本质上是电抗器限流，只能限制故障电流的峰值，无法限制故障电流的稳态值。申请号为200510007537.1的中国专利提出的一种短路故障限流器如图1(b)所示，该专利技术包括现有故障限流器的由二极管D1、D2、D3、D4组成的单相整流桥及限流电感，该专利技术给限流电感L(一般电感或超导电感均可)串联一个限流电阻R串联和一个固态开关(GTO、IGBT、IGCT等)的并联回路，给限流电感L并联一个二极管Ds(反并联)和电阻Rs串联续流回路，构成了一种短路故障限流器，其中桥路由二极管组成，同时取消偏压电源。在该专利技术的短路故障限流器中，与限流电阻并联的固态开关(GTO、IGBT、IGCT等)由多个固态开关串联组成，从而满足限流器高压工作的需要。该专利技术提出了GTO、IGBT等直接串联和GTO、IGBT等与IGCT直接串联的开关结构来满足高电压的需要，并设计了超导限流电感的续流回路，从而形成了多种结构的短路故障限流器拓扑。该专利技术在本质上实现了电阻和电抗共同限流，既可以限制故障电流峰值，又可以限制故障电流稳态值。但是，随电网短路故障容量增大，该限流器的限流电阻在技术上难以实现。
技术实现思路
为了克服已有技术的不足，本专利技术提出了一种用于输配电网的短路故障限流器，它既可以限制故障电流峰值，又可以限制故障电流稳态值。本专利技术把限流电阻和固态开关管有机地结合在一起，使得本专利技术的短路故障限流器结构简单、制造和运行成本低，更适合工程化。本专利技术采用的技术方案本专利技术包括现有故障限流器由二极管、可控固态开关管和限流电阻组成的整流桥和限流电感两部分组成，本专利技术的限流电感(一般电感或超导电感均可)仍然连接在直流端。在整流桥的桥臂上，限流电阻和可控固态开关管(GTO、IGBT、SCR等)相并联，多个并联回路相串联，再与二极管串联，形成了桥臂上的开关控制和限流网络。在本专利技术的短路故障限流器中，桥臂上的开关控制和限流网络可以通过改变限流电阻的阻值，改变限流电阻和可控固态开关管(GTO、IGBT、SCR等)并联回路的个数，来满足限流器高压工作的需要。本专利技术可以是单相的短路故障限流器结构、也可以是单相的带有耦合变压器的短路故障限流器结构、也可以是三个单相的短路故障限流器应用于三相系统而组成三相短路故障限流器结构、也可以是三个单相的带有耦合变压器的短路故障限流器应用于三相系统而组成三相故障限流器结构、也可以是采用优化的三相系统的故障限流器结构和采用优化的带有耦合变压器的三相系统故障限流器结构。本专利技术的主要优点1、本专利技术不但可以限制故障电流峰值，而且可以限制故障电流稳态值。本专利技术采用电抗和电阻共同限流的方式，提高了限流器的限流能力，从而获得比已有短路故障限流器更好的限流效果。2、本专利技术中采用的可控固态开关管、限流电阻和二极管的串、并联结构，不但有利于实现高电压限流，而且避免了高电压对可控固态开关管的冲击，延长其使用寿命、提高了限流器的可靠性。3、本专利技术把限流电阻设计在整流桥的桥臂上和可控固态开关管直接并联，简化了可控固态开关管的缓冲回路，避免了短路故障大电流的冲击，有利于限流电阻的散热设计，易于实现大容量。4、本专利技术中限流器的控制方法简单。已有限流器需要周期性控制，算法复杂。而本专利技术只需在检测到故障时关断限流电阻的并联可控固态开关管即可。5、本专利技术的短路故障限流器可以配合重合闸动作。在故障消失后，限流电阻提供的续流回路，可以使限流电感的电流迅速降低到正常态电流值，从而达到迅速配合重合闸的目的。本专利技术的限流电感若采用超导电感，不需要超导电感失超来限制故障电流，而通过串联限流电阻来限流，同样，也非常适合重合闸的需要。6、本专利技术省去了偏压电源，形成了无源短路故障限流器，同时保证了稳态时限流器不造成线路电流波形畸变。本专利技术电路中的电感若采用超导电感，可以降低热损耗，进一步减小限流器对电路的影响。同时，偏压电源的取消降低了限流器成本，提高了限流器的可靠性。附图说明图1(a)、图1(b)为已有的短路故障限流器的电路原理示意图；图2为本专利技术具体实施例1电路原理示意图；图3为本专利技术具体实施例2电路原理示意图；图4为本专利技术具体实施例3电路原理示意图；图5为本专利技术具体实施例4电路原理示意图；图6为本专利技术具体实施例5电路原理示意图；图7为本专利技术具体实施例6电路原理示意图；图8为本专利技术具体实施例7电路原理示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述如图2所示，本专利技术的具体实施例1为单相的短路故障限流器。可控固态开关管K11、K12、……、K1n分别与限流电阻R11、R12、……、R1n并联，再与二极管D11、D12、……、D1m串联的回路，可控固态开关管K21、K22、……、K2n分别与限流电阻R21、R22、……、R2n并联，再与二极管D21、D22、……、D2m串联的回路，可控固态开关管K31、K32、……、K3n分别与限流电阻R31、R32、……、R3n并联，再与二极管D31、D32、……、D3m串联的回路，可控固态开关管K41、K42、……、K4n分别与限流电阻R41、R42、……、R4n并联，再与二极管D41、D42、……、D4m串联的回路，分别组成整流桥的四个桥臂，组成各桥臂的可控固态开关管的参数相同，限流电阻的参数相同，二极管的参数相同。在此基础上，限流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短路故障限流器，包括由二极管、可控固态开关管和限流电阻组成的单相整流桥和限流电感（Ｌ），其特征是在整流桥的桥臂上，限流电阻和可控固态开关管相并联，多个并联回路相串联，再与二极管串联；整流桥的四个桥臂分别由可控固态开关管（Ｋ１１）、（Ｋ１２）、……、（Ｋ１ｎ）分别与限流电阻（Ｒ１１）、（Ｒ１２）、……、（Ｒ１ｎ）并联，再与二极管（Ｄ１１）、（Ｄ１２）、……、（Ｄ１ｍ）串联的回路，可控固态开关管（Ｋ２１）、（Ｋ２２）、……、（Ｋ２ｎ）分别与限流电阻（Ｒ２１）、（Ｒ２２）、……、（Ｒ２ｎ）并联，再与二极管（Ｄ２１）、（Ｄ２２）、……、（Ｄ２ｍ）串联的回路，可控固态开关管（Ｋ３１）、（Ｋ３２）、……、（Ｋ３ｎ）分别与限流电阻（Ｒ３１）、（Ｒ３２）、……、（Ｒ３ｎ）并联，再与二极管（Ｄ３１）、（Ｄ３２）、……、（Ｄ３ｍ）串联的回路，可控固态开关管（Ｋ４１）、（Ｋ４２）、……、（Ｋ４ｎ）分别与限流电阻（Ｒ４１）、（Ｒ４２）、……、（Ｒ４ｎ）并联，再与二极管（Ｄ４１）、（Ｄ４２）、……、（Ｄ４ｍ）串联的回路组成；限流电感（Ｌ）连接在整流桥的直流端。

【技术特征摘要】
1.一种短路故障限流器，包括由二极管、可控固态开关管和限流电阻组成的单相整流桥和限流电感(L)，其特征是在整流桥的桥臂上，限流电阻和可控固态开关管相并联，多个并联回路相串联，再与二极管串联；整流桥的四个桥臂分别由可控固态开关管(K11)、(K12)、……、(K1n)分别与限流电阻(R11)、(R12)、……、(R1n)并联，再与二极管(D11)、(D12)、……、(D1m)串联的回路，可控固态开关管(K21)、(K22)、……、(K2n)分别与限流电阻(R21)、(R22)、……、(R2n)并联，再与二极管(D21)、(D22)、……、(D2m)串联的回路，可控固态开关管(K31)、(K32)、……、(K3n)分别与限流电阻(R31)、(R32)、……、(R3n)并联，再与二极管(D31)、(D32)、……、(D3m)串联的回路，可控固态开关管(K41)、(K42)、……、(K4n)分别与限流电阻(R41)、(R42)、……、(R4n)并联，再与二极管(D41)、(D42)、……、(D4m)串联的回路组成；限流电感(L)连接在整流桥的直流端。2.按照权利要求1所述的短路故障限流器，其特征是组成限流器的可控固态开关管可以是GTO、IGBT和IGCT，各个可控固态开关管的参数相同，各个二极管的参数相同，各个限流电阻的参数相同。3.按照权利要求1所述的短路故障限流器，其特征是短路故障限流器串入交流电源(Vac)、断路器(SW)和负载(Rload)之间，构成单相的短路故障限流器。4.按照权利要求3所述的短路故障限流器，其特征是所述的单相短路故障限流器并联在耦合变压器(Tr)的副边，耦合变压器(Tr)的原边串入交流电源(Vac)和负载(Rload)之间，构成单相带有耦合变压的短路故障限流器。5.按照权利要求3所述的短路故障限流器，其特征是所述的三个单相的短路故障限流器分别串入(Va)、(Vb)、(Vc)三相的电源和三个负载(Rload)之间，构成三相的短路故障限流器。6.按照权利要求3所述的短路故障限流器，其特征是所述的三个单相短路故障限流器分别并联在三个耦合变压器(Tr)的副边，三个耦合变压器(Tr)的原边分别串入三相交流电源(Va)、(Vb)、(Vc)和负载(Rload)之间，构成三相带有耦合变压的短路故障限流器。7.按照权利要求1所述的短路故障限流器，其特征是由三相整流桥和限流电感(L)组成优化的三相短路故障限流器，其中三相整流桥的各个桥臂分别由可控固态开关管(K11)、(K12)、……、(K1n)分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖立业，张志丰，赵彩宏，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]