[發明專利]一種新型電力電纜短路電流限制器

在審

• 申請號: 201610150934.2
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105703344A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 陳傳清;郭左;金偉;衡鳳平
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02;H02H9/04;H02H3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電流限制裝置，具體涉及在輸電過程中城市電網發生短路故障時對電流起限制作用的一種新型電力電纜短路電流限制器。

背景技術

城市電網的改造大量電力電纜投入使用，智能電網的發展以及各種大型電站的接入使得當前城市電力網短路電流水平逼近現有斷路器容量的上限。電力電纜大都埋與地下因短路過流損壞電力電纜維修非常不便。城市電網電力電纜限流就顯的尤為重要。在電力負荷密集區域，此類問題尤為突出。常規技術措施如母線分段、固定串聯電抗、環網解列等都會給電網運行帶來不小的負面影響。短路電流限制器已成為應對短路電流快速增長的重要手段，短路電流限制器經歷了機械開關型短路電流限制器、超導型短路電流限制器、電力電子型短路電流限制器和混合型短路電流限制器四個不同的歷史階段。目前，短路電流限制器的種類繁多，根據工作原理及材料的不同大致可分為兩類：常規材料型短路電流限制器和超導型短路電流限制器。常規材料型短路電流限制器一般采用電力電子開關技術，主要包括固態限流器、電弧電流轉移型限流器以及PTC熱敏電阻限流器等。超導型短路電流限制器主要應用超導技術和超導材料。超導型短路電流限制器是目前研究的熱點之一，其類型也較為多樣化。根據超導材料特性的不同，可分為低溫超導短路電流限制器和高溫超導短路電流限制器；根據其工作原理的不同可分為電阻型，磁屏蔽型，變壓器型，三相電抗器型，橋路型，有源型，飽和鐵芯型等。

對當前城市電力網來說，最有前途的就是飽和鐵芯型超導短路電流限制器。此類短路電流限制器的優點非常突出，在其工作期間，直流偏置線圈沒有超導態到常態之間的轉變，因此該裝置的反應時間和恢復時間都很短，克服了傳統超導型短路電流限制器故障恢復時間過長的難題。但是其缺點也是明顯的，首先，直流偏置系統在短路故障期間需要承受巨大的故障電流，因此對線圈的要求很高；其次，直流偏置系統通常采用超導材料，超導材料需要冷卻，這將導致大量的操作損耗；另外，在現有的設計中，每個鐵芯限制半個周期的交流正弦電流，因此一個單相系統的全短路電流保護需要兩個鐵芯，一個三相系統就需要六個鐵芯，這就增加了限流器的尺寸、重量以及成本。

發明內容

本發明的目的是：針對傳統飽和鐵芯型超導短路電流限制器中存在偏置線圈要求高、操作損耗多、尺寸偏大及成本過高等不足，提出一種新型電力電纜短路電流限制器的設計，該短路電流限制器不僅不需要直流偏置系統，而且單相保護只需要一個鐵芯，三相系統也只需三個鐵芯，大大降低了成本，縮減了鐵芯和總體的尺寸及重量。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種新型電力電纜短路電流限制器，包括金屬氧化物壓敏電阻3、鐵芯4、繞組線圈5、快速開關6、快速開關控制器7；快速開關6及快速開關控制器7、鐵芯4及繞組線圈5和金屬氧化物壓敏電阻3三部分并聯組成；系統正常運行時，鐵芯4及繞組線圈5并聯于系統中，系統發生短路時，鐵芯4及繞組線圈5串聯于系統中；快速開關6串接于系統線路中，由快速開關控制器7檢測故障發生與否來控制其打開或閉合；所述金屬氧化物壓敏電阻3為氧化鋅壓敏電阻或氧化鈦壓敏電阻。

本發明的工作原理為：系統正常運行時，快速開關6閉合，負載電流流過快速開關6，鐵芯4上的繞組線圈5中沒有電流流過，因此鐵芯4內無磁通產生，此時新型短路電流限制器零損耗。短路故障發生時，一旦快速開關控制器7檢測到短路故障的發生，新型短路電流限制器進入故障限流模式?？焖匍_關6在5ms內斷開，將故障電流轉入繞組線圈5，突然流入的正弦交流短路電流將產生一個變化的外加磁場，從而在鐵芯4中產生磁通，鐵芯4的滯后效應可產生強大的非線性電感來達到限制短路電流的目的。由于一個鐵芯4就可以遍歷整個磁滯曲線，因此短路電流的正負半周均能得到有效限制。短路故障排除后，當斷路器動作切除故障后，快速開關控制器7檢測到短路故障被排除，立即控制快速開關6重新閉合，新型短路電流限制器恢復正常工作狀態。

由于在快速開關6斷開和閉合的瞬間，將會產生較大的操作過電壓，會對系統中的設備造成一定危害。為了抑制操作過電壓，在快速開關6上并聯一個金屬氧化物壓敏電阻3，用于吸收快速開關6開閉瞬間產生的過電壓，從而保護機械接觸開關及設備。