專利名稱：永磁式交流電抗器型限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流電力系統(tǒng)中應(yīng)用的短路故障限流器。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)中電網(wǎng)容量的日益增大，系統(tǒng)的短路電流也在大大增強(qiáng)，短路故障 形成的短路電流已經(jīng)成為危害電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最突出的問題之一。目前電力系統(tǒng)限制 短路電流一般采用串聯(lián)電抗器，或者在系統(tǒng)中串接大容量高速開關(guān)與電抗器并聯(lián)裝置，或 者采用新型短路故障限流器。傳統(tǒng)的電抗器和高速開關(guān)裝置都存在嚴(yán)重的缺陷限制了這兩 種方式的應(yīng)用?，F(xiàn)有新型短路故障限流器克服了前兩種限流裝置的缺點(diǎn)，但仍存在一些不 足。1、超導(dǎo)型故障限流(SFCL)分為電阻型和電感超導(dǎo)型。電阻型在電流正常時(shí)，超導(dǎo)體處 在超導(dǎo)狀態(tài)沒有電阻。假使電流增加超過了臨界電流，則超導(dǎo)體退出超導(dǎo)狀態(tài)，具有高值電 阻與電網(wǎng)串聯(lián)，從而限制短路電流。電感型在電流正常時(shí)，超導(dǎo)體環(huán)的電流去磁或者使鐵芯 處于磁飽和狀態(tài)，使此FCL的運(yùn)行方式呈低阻抗(近乎漏磁電抗)。當(dāng)電流增加超過臨界電 流時(shí)，此超導(dǎo)體環(huán)進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而起到限制短路電流的作用。超導(dǎo)限流器存在超導(dǎo)物 理材料和機(jī)械性能受局限，制造成本高，運(yùn)行費(fèi)用高等問題。2、PTC熱敏電阻短路電流限制 器，是利用PTC熱敏電阻非線性電阻在正常電流時(shí)，電阻溫度較低具有阻抗小的特性，當(dāng)短 路電流超過臨界值后溫度上升，電阻值增大從而達(dá)到限流目的。但存在恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定性 差等缺點(diǎn)。3、固態(tài)開關(guān)型故障限流器主要有磁飽和型短路限流器、直流電抗器型短路電流 限制器。固態(tài)型故障限流器具有動(dòng)作快、恢復(fù)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。但現(xiàn)有的直流電抗器型短路 電流限制器存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制不合理、諧波含量大、可靠性差等缺點(diǎn)。磁飽和型短路限流 器一般需要直流偏磁電源，同樣存在著成本高，可靠性能差等問題。 目前電力系統(tǒng)限制短路電流還常采用干式空心限流電抗器，該種電抗器體積較 大，對(duì)周圍環(huán)境具有強(qiáng)大的電磁污染，對(duì)通訊及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)干擾很大。為解決此問題，中國(guó) 專利03253037. 4提出了一種鐵芯限流電抗器，鐵芯主要由兩個(gè)或三個(gè)心柱及上下鐵軛組 成，心柱上套有繞組，各心柱的上下端分別與上下鐵軛連接形成導(dǎo)磁通路，心柱上有兩個(gè)繞 向相反的線圈連接組成，以抵消大部分磁通，來(lái)得到所需電感值。盡管該專利成功地解決了 電抗器的電磁污染，但是電抗器正常工作時(shí)，鐵芯處于不飽和狀態(tài)，無(wú)形中增大了功率的損 耗，使得系統(tǒng)的功耗增大，并且狀態(tài)改變較慢，不能快速響應(yīng)短路故障的發(fā)生，進(jìn)一步限制 短路電流的增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)減少無(wú)功損耗、短路故障時(shí)快速響應(yīng)的永 磁式電抗器型限流器。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是 —種永磁式交流電抗器型限流器，包括主要由包括中心柱和邊柱的鐵芯、上下鐵 軛和套裝在邊柱上的交流繞組構(gòu)成的電抗橋路，電抗橋路主要由鐵芯、上下鐵軛和交流繞
3組構(gòu)成，所述鐵芯包括中心柱和邊柱，邊柱上套裝有交流繞組，交流繞組由兩組交流線圈構(gòu) 成，所述中心柱內(nèi)設(shè)置有永磁體，兩組交流線圈同名端反向串聯(lián)，構(gòu)成永磁式交流電抗器型 限流器。應(yīng)用于交流系統(tǒng)單相回路中。 本發(fā)明應(yīng)用于中、低壓系統(tǒng)所述永磁式交流電抗器型限流器分別串接于三相系 統(tǒng)每一相電源和負(fù)載之間，構(gòu)成三相永磁式交流電抗器型限流器。單相永磁式交流電抗器 型限流器應(yīng)用于三相系統(tǒng)中，由三個(gè)單相永磁式交流電抗器型限流器分別串接于系統(tǒng)每一 相電源和負(fù)載之間。 本發(fā)明應(yīng)用于高壓或超高壓系統(tǒng)所述永磁式交流電抗器型限流器并聯(lián)在耦合 變壓器的副邊，串接于電源和負(fù)載之間，構(gòu)成帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器； 永磁式交流電抗器型限流器應(yīng)用于高壓或超高壓電網(wǎng)系統(tǒng)中，并聯(lián)在單相耦合變壓器的副 邊，串接于單相電源和負(fù)載之間。三個(gè)帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器分別串 接于三相系統(tǒng)每一相電源和負(fù)載之間，構(gòu)成三相帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流 器，構(gòu)成三相帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器。 —種永磁式交流電抗器型限流器，包括主要由鐵芯、上下鐵軛和交流繞組構(gòu)成的 電抗橋路，鐵芯包括中心柱和邊柱，邊柱上套裝有交流繞組，所述中心柱上設(shè)置有永磁體， 所述邊柱為兩個(gè)或兩個(gè)以上對(duì)稱設(shè)置，對(duì)稱設(shè)置的邊柱上的交流線圈兩兩同名端反向串 聯(lián)，構(gòu)成三相永磁式交流電抗器型限流器。 上述三相永磁式交流電抗器型限流器應(yīng)用于高壓或超高壓系統(tǒng)所述三相永磁式 交流電抗器型限流器分別連接在三個(gè)耦合變壓器的副邊，構(gòu)成三相帶耦合變壓器的永磁式 交流電抗器型限流器。 本發(fā)明所述限流繞組的控制方式為所述限流繞組在相對(duì)邊柱產(chǎn)生的磁通方向相 反。 本發(fā)明所述邊柱的改進(jìn)在于所述各邊柱的截面積相等，中心柱的截面積大于或 等于邊柱截面積的總和。
所述永磁體的改進(jìn)在于所述永磁體為一塊或一塊以上。
本發(fā)明的工作原理如下 本發(fā)明由中心柱、邊柱、上下鐵軛以及套裝在邊柱上的交流繞組構(gòu)成交流磁場(chǎng)回 路，由中心柱、邊柱、上下鐵軛以及中心柱上的永磁體構(gòu)成偏置磁場(chǎng)回路。設(shè)置永磁體所產(chǎn) 生的偏磁場(chǎng)強(qiáng)度大于最大負(fù)荷電流Ie產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度，二者相互抵消后，偏磁場(chǎng)仍可以使 邊柱鐵芯處于飽和狀態(tài)。 在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷電流L不大于最大負(fù)荷電流Ie。在負(fù)荷電流正半周期 間，電流方向由交流繞組L端流向N端，右邊柱線圈磁場(chǎng)方向與永磁體偏磁場(chǎng)方向相同，相 互疊加后，使得右邊柱鐵芯飽和程度加??；而左邊柱線圈磁場(chǎng)方向與永磁體磁場(chǎng)方向相反， 相互抵消后，左邊柱鐵芯仍處于飽和狀態(tài)，所以交流繞組整體感抗較小。同理，在負(fù)荷電流 負(fù)半周期間，電流方向由交流繞組N端流向L端，左邊柱線圈磁場(chǎng)方向與永磁體偏磁場(chǎng)方向 相同，相互疊加，左邊柱鐵芯飽和度加??；右邊柱線圈磁場(chǎng)與永磁體偏磁場(chǎng)方向相反，相互 抵消后，右邊柱鐵芯飽和程度降低，但仍處于飽和狀態(tài)，所以交流繞組整體感抗較小。本發(fā) 明在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)交流繞組整體感抗較小，以減少電壓損耗和無(wú)功損耗。
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，短路電流Id大于最大負(fù)荷電流Ie。在短路電流正半周期間電流方向由交流繞組L端流向N端，右邊柱線圈磁場(chǎng)與永磁體偏磁場(chǎng)方向相同，相互疊加 后，右邊柱鐵芯飽和程度加??；而左邊柱線圈磁場(chǎng)與永磁體偏磁場(chǎng)方向相反，相互抵消后， 左邊柱鐵芯退出飽和狀態(tài)，從而使交流繞組整體電抗增大，起到限制短路電流的目的。同 理，在短路電流負(fù)半周期間，電流方向由交流繞組N端流向L端，左邊柱線圈磁場(chǎng)與永磁體 偏磁場(chǎng)方向相同，相互疊加后，左邊柱鐵芯飽和度加?。挥疫呏€圈磁場(chǎng)與永磁體偏磁場(chǎng)方 向相反，相互抵消后，右邊柱鐵芯退出飽和狀態(tài)，右邊柱線圈感抗增大，從而使得交流繞組 整體感抗增大。本發(fā)明在發(fā)生短路故障時(shí)交流繞組整體感抗迅速增大，瞬間改變線路的阻 抗參數(shù)，達(dá)到限制短路電流的目的。 由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進(jìn)步在于 本發(fā)明提出了一種新的限流控制方式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。限流器鐵芯的導(dǎo)磁 率與短路電流的大小緊密相關(guān)，因此當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，可以在短路電流的第一個(gè)峰值之 前改變阻抗參數(shù)以限制止短路電流的增長(zhǎng)。交流繞組電抗參數(shù)的控制繞組中的電流來(lái)自 動(dòng)控制，永磁體的設(shè)置可以使得鐵芯在正常負(fù)荷電流時(shí)，總處于飽和狀態(tài)，繞組感抗參數(shù)較 小；交流繞組中電流在相對(duì)邊柱產(chǎn)生的磁通方向相反，在短路電流的任意時(shí)刻總存在一繞 組在永磁體的消磁作用下，保持較大的感抗參數(shù)。永磁體的設(shè)置可以代替直流偏磁電源及 偏磁繞組，使得限流器的結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，成本降低，可靠性增強(qiáng)。本發(fā)明可以應(yīng)用在不同的 電力場(chǎng)所。各邊柱的截面積相等和永磁體設(shè)置為多塊有利于生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)，便于制造。


圖1 :本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖及負(fù)荷電流產(chǎn)生磁場(chǎng)示意圖。 其中1.中心柱，2.左邊柱，3.右邊柱，4.永磁體，5.左線圈，6.右線圈，7.上下鐵軛。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 圖1為永磁式交流電抗器型限流器，包括電抗橋路，電抗橋路主要由交流繞組、鐵 芯和上下鐵軛7組成，鐵芯包括中心柱1和左右邊柱2、3，中心柱內(nèi)設(shè)置有永磁體4，邊柱上 套裝有交流繞組，交流繞組由兩組交流線圈5、6同名端反向串聯(lián)構(gòu)成，線圈分別套裝在左、 右邊柱2、3上。邊柱2、3的截面積相等，中心柱1的截面積為左右邊柱2、3截面積的總和。
交流繞組、邊柱、中間柱、上下鐵軛及中置永磁體構(gòu)成交流磁場(chǎng)回路和偏置磁場(chǎng)回 路。磁場(chǎng)方向如圖1中所示K1為左邊柱線圈磁場(chǎng)方向，K2為右邊柱線圈磁場(chǎng)方向，K為永 磁體偏磁場(chǎng)方向。 當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，在負(fù)荷電流的正半周期間，電流方向?yàn)橛蒐端流向N端，右邊 柱線圈磁場(chǎng)方向與永磁體偏磁場(chǎng)方向相同，相互疊加后，使右邊柱鐵芯飽和度加劇。左邊柱 線圈磁場(chǎng)方向與永磁體偏磁場(chǎng)方向相反，相互抵消后，使左邊柱鐵芯飽和度減小，但左邊柱 鐵芯仍處于飽和狀態(tài)；同理，在負(fù)荷電流反向后，工作過程與上述過程反向。因此，在系統(tǒng)正 常運(yùn)行時(shí)交流繞組整體感抗較小，以減少電壓損耗和無(wú)功損耗。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流Id大于最大負(fù)荷電流Ie，短路電流磁場(chǎng)與永磁 體4偏置磁場(chǎng)疊加后，使得一邊柱鐵芯飽和程度加劇。短路電流磁場(chǎng)與永磁體4偏置磁場(chǎng)
5抵消后，使得另一邊柱鐵芯退出飽和狀態(tài)，該邊柱上的繞組感抗增大。因此，系統(tǒng)短路故障
時(shí)交流繞組整體感抗增大，可以限制暫態(tài)短路電流，也可以限制穩(wěn)態(tài)短路電流。 本發(fā)明應(yīng)用到單相短路故障回路中，構(gòu)成單相永磁式交流電抗器型限流器，也可
以是三個(gè)單相的永磁式交流電抗器型限流器分別接入三相系統(tǒng)中構(gòu)成三相永磁式交流電
抗器型限流器；還可以將單相永磁式交流電抗器型限流器并聯(lián)到耦合變壓器的副邊，構(gòu)成
單相帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器；也可以將三個(gè)永磁式交流電抗器型限流
器分別接到三個(gè)單相耦合變壓器的副邊構(gòu)成三相帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器。 本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)不限于上述實(shí)施例，還可以是三相一體式的永磁式交流電抗器 型限流器，其中心柱上設(shè)置的永磁體可以為一個(gè)或多個(gè)，對(duì)稱設(shè)置的邊柱可以為兩個(gè)以上，
邊柱上套裝有相應(yīng)的交流線圈，對(duì)稱設(shè)置的邊柱上的交流線圈兩兩同名端反向串聯(lián)；中心 柱的截面積等于或者大于所有邊柱截面積的總和。應(yīng)用于中、低壓系統(tǒng)中。在應(yīng)用于高壓 或超高系統(tǒng)中時(shí)，是將該裝置接入三相系統(tǒng)的耦合變壓器的副邊，同樣可以達(dá)到限制短路 故障電流的目的。
權(quán)利要求
一種永磁式交流電抗器型限流器，包括主要由包括中心柱和邊柱的鐵芯、上下鐵軛和套裝在邊柱上的交流繞組構(gòu)成的電抗橋路，其特征在于所述中心柱內(nèi)設(shè)置有永磁體，兩組交流線圈同名端反向串聯(lián)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述永磁式交流 電抗器型限流器分別串接于三相系統(tǒng)每一相電源和負(fù)載之間，構(gòu)成三相永磁式交流電抗器 型限流器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述永磁式交流 電抗器型限流器并聯(lián)在耦合變壓器的副邊，串接于電源和負(fù)載之間，構(gòu)成帶耦合變壓器的 永磁式交流電抗器型限流器；三個(gè)帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器分別串接于 三相系統(tǒng)每一相電源和負(fù)載之間，構(gòu)成三相帶耦合變壓器的永磁式交流電抗器型限流器。
4. 一種永磁式交流電抗器型限流器，包括主要由鐵芯、上下鐵軛和交流繞組構(gòu)成的電 抗橋路，鐵芯包括中心柱和邊柱，邊柱上套裝有交流繞組，其特征在于所述中心柱上設(shè)置 有永磁體，所述邊柱為兩個(gè)或兩個(gè)以上對(duì)稱設(shè)置，對(duì)稱設(shè)置的邊柱上的交流線圈兩兩同名 端反向串聯(lián)，構(gòu)成三相永磁式交流電抗器型限流器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述三相永磁式 交流電抗器型限流器分別連接在三個(gè)耦合變壓器的副邊，構(gòu)成三相帶耦合變壓器的永磁式 交流電抗器型限流器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述 交流繞組在相對(duì)邊柱產(chǎn)生的磁通方向相反。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述各 邊柱的截面積相等，中心柱的截面積大于或等于邊柱截面積的總和。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的永磁式交流電抗器型限流器，其特征在于所述 永磁體為一塊或一塊以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁式交流電抗器型限流器，包括電抗橋路和永磁體，電抗橋路主要由鐵芯、上下鐵軛和交流繞組構(gòu)成，鐵芯包括中心柱和邊柱，邊柱上套裝有交流繞組，交流繞組由交流線圈同名端反向串聯(lián)構(gòu)成，永磁體設(shè)置于中心柱內(nèi)。鐵芯的邊柱、中間柱、上下鐵軛及中置永磁體構(gòu)成交流磁場(chǎng)回路和偏置磁場(chǎng)回路。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠；應(yīng)用于交流系統(tǒng)中，在正常運(yùn)行時(shí)可以有效減小無(wú)功損耗功耗和電壓降，短路故障發(fā)生時(shí)能夠快速響應(yīng)，有效抑制短路電流。
文檔編號(hào)H02H9/02GK101710698SQ20091017529
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者于云霞, 張旭輝, 王蘇 申請(qǐng)人:河北旭輝電氣股份有限公司