[發明專利]故障電流限制器

無效

• 申請號: 200710168323.1
• 申請日: 2007-11-09
• 公開（公告）號: CN101174771A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 唐躍進;陳磊;石晶;宋萌;任麗
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于電力系統的短路限流保護裝置，特別涉及一種故障電流限制器。

背景技術

為有效抑制短路故障給電力系統及用戶帶來的巨大危害，保證電力系統運行的安全性、可靠性和穩定性，必須采取行之有效的方法限制短路電流，切斷故障線路。傳統的限流措施主要有以下形式：

(1)發展高電壓等級的電力系統，將低電壓等級電力系統解列分片運行。這種措施可以有效抑制系統短路(電流)容量，但將降低電網供電可靠性和運行靈活性，同時建造高一級電壓的環網不僅復雜、造價昂貴，而且涉及到環境電磁污染問題。

(2)采用多母線運行或母線分段運行。對控制短路電流增長也很有效，但并非電網發展的趨勢，不能實現電網能源的最優配置。

(3)采用熔斷式保護器。該措施對切斷短路電流起到積極作用，但其反應速度較慢，不利于電網的穩態和暫態穩定，且對電網的瞬間電動力沒有任何抑制作用；另一方面，熔斷式保護器一般是一次性的，給電網的維護以及自動化帶來不便。

(4)采用大容量斷路器。從現代電力系統及其技術發展來看，這種方案存在一定的局限性。一方面，超大容量斷路器在技術上存在相當的難度，另一方面，系統短路電流和斷路器設備遮斷容量太大會加重并聯設備的技術要求，是不經濟的。

以上幾種限流措施從原理到應用方式上都有所區別，均可以不同程度上實現對短路電流的約束和限制。但與此同時，它們又存在著各自的缺陷和不足，并以另一種形式對電網產生了不利的影響。為此，人們提出了故障限流器的概念，并開展了大量的研究工作。

華中科技大學申請的申請號為“200410013346.1”的《直流超導故障限流器》，該直流超導故障限流器在正常運行時，對直流系統的運行沒有任何影響；而當系統發生故障時，該直流超導故障限流器能在短路后0.1s時間內將故障電流限制在正常值的2～3倍，具有良好的限流效果，且不會產生過電壓。該限流器采用電壓源與電阻相串聯來提供偏置電流，在運行過程中會產生一定的電阻損耗，該損耗與電流的平方成正比，當直流系統的運行電流水平較高時，偏置源所產生的損耗就會很大，會影響系統運行的經濟性。

發明內容

本發明提供一種故障電流限制器，目的在于克服現有技術在偏置電流源設計方面的不足之處，減少正常運行時限流裝置的電阻損耗。

本發明的一種故障電流限制器，包括變壓器，變壓器的鐵心上繞制一次側線圈和二次側線圈，變壓器的鐵心工作在線性區，變壓器一次側線圈串聯接入電力系統主回路，其特征在于：可控開關并聯限流電阻之后同變壓器二次側線圈相連，通過控制可控開關的開、閉狀態調節呈現的限流阻抗大小。

所述的故障電流限制器，其特征在于：所述變壓器一次側線圈和二次側線圈的材料為超導材料。

所述的故障電流限制器，其特征在于：所述可控開關為斷路器開關、電力電子開關或者PWM變流器。

本發明在電路結構中用可控開關并聯限流電阻的方式來代替偏置電壓源和串聯電阻，正常運行時，可控開關處于閉合狀態，本發明故障電流限流器呈現低阻抗，對系統不產生影響；當發生短路故障后，控制可控開關處于斷開狀態，使故障電流限流器呈現大阻抗來抑制故障電流的上升。串聯變壓器的鐵心一直工作在非飽和區域，所以該限流器在系統中為一線性阻抗，不會產生諧波。當發生故障時，通過可控開關迅速開斷，由于限流電阻的存在，不會產生過電壓。可控開關的合適選取能有效保證限流器的動態響應特性。由于是在二次側線圈實現開斷和閉合等操作，通過變壓器的隔離，可以方便地選擇變比來確定可控開關的電壓電流等級，從而使限流器的性價比最優。該限流器可以立刻把大的短路電流限制在比較低的水平，該限流器運行損耗低，結構簡單，響應迅速，有利于減小現有開關設備、斷路器的損耗，節省電力部門的投資。

附圖說明

圖1為本發明應用于交流電力系統的電路示意圖；

圖2為本發明應用于交流電力系統的等效電路圖；

圖3(a)為本發明實施例1應用于交流系統的變壓器一次側系統電流is的波形，橫坐標為時間(s)，縱坐標為系統電流i_s(A)；并將有故障電流限制器與無故障電流限制器時作比較。

圖3(b)為本發明實施例1應用于交流系統的變壓器一次側電壓u₁的波形，橫坐標為時間(s)，縱坐標為變壓器一次側電壓u₁(V)；