[發明專利]一種混合型高溫超導短路故障限流器

無效

• 申請號: 201010117523.6
• 申請日: 2010-03-03
• 公開（公告）號: CN101789589A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 張志豐;張京業;戴少濤;肖立業;周義剛;武鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種輸配電網的故障限流器，特別涉及基于YBCO高溫超導帶材的短路故障 限流器。

背景技術：

隨著國民經濟的快速發展，社會對電力的需求不斷增加，帶動了電力系統的不斷發展， 單機和發電廠容量、變電所容量、城市和工業中心負荷不斷增加，就使得電力系統之間互聯， 各級電網中的短路電流水平不斷提高，短路故障對電力系統及其相連的電氣設備的破壞性也 越來越大。而且，在對電能的需求量日益增長的同時，人們對電能質量、供電可靠性和安全 性等也提出了更高的要求。然而，大電網的暫態穩定性問題比較突出，其中最重要的原因之 一是由于常規電力技術缺乏行之有效的短路故障電流限制技術。目前，世界上廣泛采用斷路 器對短路電流全額開斷，由于短路電流水平與系統的容量直接相關，在斷路器的額定開斷電 流水平一定的情況下，采用全額開斷短路電流將會限制電力系統的容量的增長，并且斷路器 價格昂貴且其價格隨其額定開斷電流的增加而迅速上升。隨著電網容量和規模的擴大，這一 問題將變得更為嚴重。

短路故障限流器為這一問題的解決提供了新思路。比如，固態短路故障限流器它在檢測 到短路故障時，通過快速改變故障電網的阻抗和感抗參數，可以將故障電流限制在較低的水 平，以保護電力設備，并保證在已有斷路器遮斷能力的前提下切斷短路故障。美國發明專利 US4490769，其電路主要是由構成整流橋的二極管或晶閘管、限制故障電流的直流電抗器和 偏壓電源等組成。在正常運行時，限流器對電網無壓降、幾乎無功耗；一旦系統發生短路故 障，當電網電流達到直流電抗器的電流時，電抗器便自動串入線路對故障電流及其上升率進 行限制，從而使故障電流限制在一定的水平，以保證斷路器及時切斷故障電流。這樣，可以 通過短路故障限流器配合斷路水平較低的斷路器來實現較高水平的故障電流切斷操作。同 時，該限流器也可實現電網重合閘。美國發明專利US4490769的技術方案如圖1所示，其 主電路由二極管T1、T2、T3、T4，直流電感L和偏壓電源Vb組成。在發生短路故障時，均 可以無延時地自動投入線路，對故障電流及其上升率進行限制。

但是，已有的固態短路故障限流器仍然存在許多不足之處，只有在電網電流達到磁體電 流時，其限流磁體（L0）才會自動串入電網來實現限流，并且，隨著磁體電流的不斷增大， 磁體的限流能力不斷減小。嚴格地說，二極管組成的橋路無法實現真正的限流，必須采用可 控開關管（如圖1），通過控制，減小整流橋橋臂上的開關管的導通角來增大磁體的放電時間， 從而達到較好的限流效果。同時，流過偏壓電源的電流往往是電網電流的2～3倍，而且必 須滿足非故障態和故障態的電流變化的要求，因此，偏壓電源的實現有一定的技術難度和較 高的成本。

發明內容：

本發明的目的是克服已有技術的不足，提出一種混合型高溫超導短路故障限流器，本發 明不但能夠自動串入線路限制故障電流，而且可以根據故障電流的大小，產生不同的限流阻 抗。因此，本發明具有更好的限流能力，對電網的適應性更強。

本發明采用的技術方案是：

本發明的短路故障限流器由第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管組成的 整流橋、第一保護電阻、高溫超導線圈、開關管、直流電抗器、第二保護電阻和保護二極管 組成。其中，第一二極管和第二二極管的連接點為第一交流端，第三二極管和第四二極管的 連接點為第二交流端，第一二極管和第三二極管的連接點為第一直流端，第二二極管和第四 二極管的連接點為第二直流端。保護電阻、開關管與高溫超導線圈的并聯，并聯支路連接在 整流橋的第一直流端和第三直流端之間。第二保護電阻和保護二極管的串聯支路與直流電抗 器并聯，并聯支路連接在整流橋的第二直流端和第三直流端之間。短路故障限流器和交流電 源、負載阻抗和斷路器組成的串聯支路連接在整流橋的第一交流端和第二交流端之間。直流 電抗器由Bi系超導帶材繞制的超導線圈或普通電抗器線圈。高溫超導線圈采用YBCO高溫超 導帶材繞制。直流電抗器Lb和高溫超導線圈浸泡在液氮中工作。開關管采用IGBT或GTO。 高溫超導線圈等效為電感和可變電阻的串聯電路。

本發明可以是單相短路故障限流器結構、也可以是單相帶有耦合變壓器的短路故障限流 器結構，還可以是三個單相短路故障限流器應用于三相系統組成的三相短路故障限流器結 構；可以是三相耦合短路故障限流器結構。

本發明的主要優點：