[發明專利]磁通約束型三相故障電流限制器

有效

• 申請號: 201410541318.0
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104332977B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 吳維寧;侯凱;李惠宇;呂宏水;俞拙非;武迪;蔣應偉;隗華榮
• 申請（專利權）人: 南京南瑞集團公司;國網電力科學研究院
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于電工技術領域，更準確地說本發明涉及一種適用于電力系統短路保護的故障電流限制器。

背景技術

隨著城市建設的迅速發展，電網中負荷和負荷密度的的增加，電力系統的輸送容量不斷提升，電力系統的網絡架構愈加復雜，導致電力系統各級電網中的短路電流水平不斷增加。部分地區的短路容量已經達到甚至超過斷路器的開斷容量，而大容量斷路器受限于制造水平和高造價，故障電流過大已嚴重威脅到電力系統的安全穩定性，對電網的輸送能力也構成限制瓶頸。

故障電流限制器（Fault Current Limitation，FCL），可以有效限制電網在故障狀態下的暫態故障電流，在不改變電網架構的前提下，保持電網繼電保護的可靠性和現有配置，提高電網的穩態安全性和暫態穩定性，是當前超高壓電網建設中重要的電力裝備之一。

故障電流限制器的工作機理為：在系統正常時呈現低阻抗，降低對電網正常運行的影響到最小程度；在接地故障等異常發生時，呈現高阻抗，從而對電網短路電流水平構成最大程度的限制。故障電流限制器的主要優勢有：1、減輕斷路器的開斷壓力；2、減少線路損耗，改善系統功角穩定性；3、避免電力設備達到選型時的熱穩定極限，提高利用率。

故障電流限制器當前比較成熟的類別有：諧振型故障電流限制器、超導故障電流限制器(中科院電工所)、磁控開關型故障電流限制器（上海交大）、新型固態限流器（浙江大學）。超導故障電流限制器反應速度快，損耗低，缺點是冷卻系統昂貴、材料不穩定；固態限制器基于全控器件，具有快速限制和分段能力，但造價高、損耗大；諧振型故障限制器可實現自觸發，但體積大、造價高。

中國專利文件CN 103825262A公開了一種雙回線用的故障電流限制器，采用了裝于鐵心柱的兩耦合線圈的結構，可以一定程度實現故障電流的限制。但是，該技術方案也存在一些問題，主要在于：1）這種故障電流限制器只能是用于雙回線（每一回線均為三相線路），因此對于普通單回線路或電纜線路無法使用，且雙回線路主要側重于220KV或500KV的輸電系統，應用范圍較為局限；2）故障電流限制器僅可應對三相接地故障，對電網尤其是配電網中常見的單相接地故障難以起到效果；3）成本較高，雙回線路的各自相均需要一個鐵芯組成限制回路，因而三相共需3個鐵芯，從而大大增加了成本。

因此，目前迫切需要一種能夠適用于單一回路的輸配電線路、涵蓋低壓線路到500KV高壓輸電線路且能夠應對單相接地故障的故障電流限制器。

發明內容

本發明的目的是：為了克服現有技術中故障電流限制器的缺陷，提供一種基于磁通約束的故障電流限制器，該故障電流限制器能夠適用于單一回路的輸配電線路、涵蓋低壓線路到500KV高壓輸電線路且能夠應對單相接地故障，從而適應在電網短路容量不斷增大的情況下對故障電流限制器這種電網建設重要設備的需求，實現維持系統繼電保護配置和穩定、提高電網暫態穩定性和穩態安全性。

相比于常規故障電流限制器在成本、體積、系統復雜度、觸發速度等性能指標難以兼顧，本發明依據磁通平衡原理，提出在某相線路發生接地故障時，另外兩相電流產生的磁通對故障相的短路電流實現限制。本發明的磁通約束型的故障電流限制器設備結構簡單，易于工程化，可兼顧成本、體積、系統復雜度、觸發速度等性能指標。

具體地說，本發明采用以下的技術方案來實現的，包括故障電流限制器本體，所述故障電流限制器為變壓器鐵芯，變壓器鐵芯上安裝有三相耦合繞組，各相耦合繞組以相同的方向卷繞在變壓器鐵芯上，各相耦合繞組各自接入電網的三相線路中的其中一相線路。由于采用了三相耦合繞組，這樣在電網發生單向線路接地故障時，非故障相電流所產生磁通可以對故障相電流進行限制，從而確保故障相電流在斷路器開斷電流范圍內，實現故障電流限制。

上述技術方案的進一步特征在于，所述變壓器鐵芯為單相雙柱式鐵芯。

上述技術方案的進一步特征在于，各相耦合繞組的變比為1：1：1。這可保證電網在正常運行時的電壓和潮流平衡，以及鐵芯柱內磁通和磁勢的平衡。

上述技術方案的進一步特征在于，各相耦合繞組的進線點和出線點分別并聯有旁路開關。旁路開關的作用有二：1）在故障電流限制器發生故障時，可以利用旁路開關將故障電流限制器切除；2）在發生單向線路接地故障后繼電保護會將故障相線路切除，此時可以利用旁路開關將其余非故障相線路與故障電流限制器旁路，保證非故障相線路的功率平衡，從而維持非故障相線路的運行。

上述技術方案的進一步特征在于，故障電流限制器安裝于三相平衡的電纜線路或架空線路的首端、中部或末端。