[發明專利]一種新型自能式液態金屬限流器及方法

在審

• 申請號: 201410359670.2
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104091717A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 吳翊;何海龍;榮命哲;楊飛;紐春萍;李美;李陽
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01H29/02
• 分類號: H01H29/02;H01H29/30
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳;張波濤

技術領域

本發明涉及電氣開關設備，適用于中低壓領域限制交直流系統故障電流，特別涉及一種新型自能式液態金屬限流器及方法。

背景技術

隨著電力系統容量的逐年增加，電網短路容量和短路電流水平也在不斷增長，目前這已成為制約電網運行和發展的一個重要問題。因此，研究有效的短路限流裝置，以限制電力系統的短路容量，從而提高電力系統的運行可靠性，已成為目前我國電力系統安全穩定運行和電力建設、發展的迫切問題。到目前為止，應用于短路限流方面的技術主要有：串聯限流電抗、固態短路故障限流、超導故障限流器、PTC電阻限流、或使用大容量斷路器、限流熔斷器等等。

串聯限流電抗是以往用于限流的常規做法，但其在電網正常工作情況下，會不可避免消耗電能，造成不必要的經濟損失。

固態短路故障限流技術是隨電力電子技術快速發展的限流方式，主要由常規電抗器、電力電子器件(可控功率半導體器件)和控制器構成，其拓撲結構形式多樣，如在文獻“Solid-State?Current?Limiter?for?Power?Distribution?Syetem”中提到的，用快速動作的可關斷晶體管(GTO)開關與一個阻抗并聯而構成的故障電流限制器，就是在短路故障發生時，通過GTO的關斷，使電抗器串入線路，從而快速改變故障電網的阻抗和感抗參數，將故障電流限制在較低的水平。但是由于大電流電力電子器件存在的固有損耗問題，使其在應用上受到限制。

超導故障限流器在20世紀80年代發現高溫超導體以后而備受關注，其原理均為利用超導體S/N狀態的轉變來限流，如專利號為200610125194.3，專利名稱為‘超導型混合限流開關’的專利固態開關和超導限流器串聯后與電磁斥力式機械開關并聯，在線路發生故障時，通過超導限流器的串入線路將電流限制在固態開關可分斷的范圍，并利用固態開關將短路電流開斷。但是超導材料用于大功率場合方面的應用技術尚不成熟、可靠性差，同時由于超導體恢復到超導態時間較長，一般難以滿足自動重合閘等方面的要求，還存在恢復時需要液氮等附屬的冷媒及制冷設備，附加的損耗大等問題。

限流式熔斷器是目前唯一商業化的故障電流限流器，利用熔斷器的快速性可將短路電流在到達第一個峰值前強行限制，如專利號為200410025999.1，專利名稱為‘大容量短路電流開斷器’的專利用限流熔斷器完成大過載電流和短路電流的開斷，但是熔斷器為單次動作，降低了系統運行的自動化水平，同時由于其自身起弧的時間較長，對于復雜結構的電網來說，犧牲了保護的選擇性。

發明內容

針對背景技術中所述的短路限流技術的缺陷或不足，為了研究更加有效的可重復使用的自復型短路限流方法，減輕斷路器等各種電氣設備的負擔，本發明目的在于，提出一種通過液態金屬中燃弧時產生的氣壓推動壓力抽板運動，并進一步擠壓和拉長電弧，提高電弧電壓從而提高限流能力的改進方法，該限流器能有效抑制短路故障電流。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種新型自能式液態金屬限流器，其特征在于：

所述限流器至少包括兩塊絕緣擋板(4)，絕緣擋板上設有通流孔a(9)，絕緣擋板之間放置有可動絕緣抽板(5)，該可動絕緣抽板的兩側都設有通流孔b(9)；液態金屬(6)則淹沒于通流孔a(9)、通流孔b(8)的，液態金屬(6)通過通流孔a(9)在絕緣擋板(4)兩側實現流通，通流孔a(9)、通流孔b(8)在系統電流正常時形成穩定的電流通道；

正常導通情況下，額定電流通過絕緣擋板和可動絕緣抽板的通流孔b和通流孔a中的液態金屬進行流通；

當故障發生時，所述限流器利用液態金屬自收縮效應快速起電弧(12)，部分液態金屬在電弧(12)的作用下迅速氣化并產生金屬蒸氣，可動絕緣抽板(5)在金屬蒸氣的作用下滑動，從而進一步擠壓和拉長電弧(12)，提高電弧(12)電壓，實現快速有效限流；

故障切除后，可動絕緣抽板能夠恢復至初始位置，液態金屬快速回流，限流器進入所述正常導通情況