磁通約束型三相故障電流限制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁通約束型三相故障電流限制器，屬于電工【技術領域】。本發(fā)明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(wǎng)的三相線路中的其中一相線路。本發(fā)明能夠在系統(tǒng)正常狀態(tài)下，對系統(tǒng)傳輸功率及線路電流無影響，在發(fā)生單相接地故障時，能快速并有效抑制故障相電流的增大，本發(fā)明中磁通約束性故障電流限制器的整機損耗較低，損耗主要為銅損，其響應速度快，相比常規(guī)故障電流限制器，本發(fā)明中故障電流限制器在故障發(fā)生時刻，基于磁通約束機理，可實現(xiàn)故障電流的及時響應，響應時間短，應對故障電流反應迅速。
【專利說明】磁通約束型三相故障電流限制器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電工【技術領域】，更準確地說本發(fā)明涉及一種適用于電力系統(tǒng)短路保護的故障電流限制器。

【背景技術】
[0002]隨著城市建設的迅速發(fā)展，電網(wǎng)中負荷和負荷密度的的增加，電力系統(tǒng)的輸送容量不斷提升，電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構愈加復雜，導致電力系統(tǒng)各級電網(wǎng)中的短路電流水平不斷增加。部分地區(qū)的短路容量已經(jīng)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(tǒng)的安全穩(wěn)定性，對電網(wǎng)的輸送能力也構成限制瓶頸。
[0003]故障電流限制器(Fault Current Limitat1n, FCL),可以有效限制電網(wǎng)在故障狀態(tài)下的暫態(tài)故障電流，在不改變電網(wǎng)架構的前提下，保持電網(wǎng)繼電保護的可靠性和現(xiàn)有配置，提高電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)安全性和暫態(tài)穩(wěn)定性，是當前超高壓電網(wǎng)建設中重要的電力裝備之一。
[0004]故障電流限制器的工作機理為:在系統(tǒng)正常時呈現(xiàn)低阻抗，降低對電網(wǎng)正常運行的影響到最小程度；在接地故障等異常發(fā)生時，呈現(xiàn)高阻抗，從而對電網(wǎng)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(yōu)勢有:1、減輕斷路器的開斷壓力；2、減少線路損耗，改善系統(tǒng)功角穩(wěn)定性；3、避免電力設備達到選型時的熱穩(wěn)定極限，提高利用率。
[0005]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(tài)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(tǒng)昂貴、材料不穩(wěn)定；固態(tài)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(xiàn)自觸發(fā)，但體積大、造價高。
[0006]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(xiàn)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(tǒng)，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(wǎng)尤其是配電網(wǎng)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。
[0007]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(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的是:為了克服現(xiàn)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(wǎng)短路容量不斷增大的情況下對故障電流限制器這種電網(wǎng)建設重要設備的需求，實現(xiàn)維持系統(tǒng)繼電保護配置和穩(wěn)定、提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)安全性。
[0009]相比于常規(guī)故障電流限制器在成本、體積、系統(tǒng)復雜度、觸發(fā)速度等性能指標難以兼顧，本發(fā)明依據(jù)磁通平衡原理，提出在某相線路發(fā)生接地故障時，另外兩相電流產(chǎn)生的磁通對故障相的短路電流實現(xiàn)限制。本發(fā)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(tǒng)復雜度、觸發(fā)速度等性能指標。
[0010]具體地說，本發(fā)明采用以下的技術方案來實現(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)發(fā)生單向線路接地故障時，非故障相電流所產(chǎn)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(xiàn)故障電流限制。
[0011]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。
[0012]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(wǎng)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。
[0013]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(lián)有旁路開關。旁路開關的作用有二:1)在故障電流限制器發(fā)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(fā)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。
[0014]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。
[0015]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明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，在系統(tǒng)正常狀態(tài)下，本發(fā)明對系統(tǒng)傳輸功率及線路電流無影響，在發(fā)生單相接地故障時，則能快速并有效抑制故障相電流的增大。本發(fā)明的磁通約束性故障電流限制器的整機損耗較低，損耗主要為銅損，具有良好的損耗性能。相比常規(guī)故障電流限制器，本發(fā)明能夠在故障發(fā)生時刻基于磁通約束機理，實現(xiàn)故障電流的及時響應，響應時間短，應對故障電流反應迅速。本發(fā)明的三相耦合繞組可以共用一個鐵芯，成本較低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為磁通約束型故障電流限制器結構原理圖。
[0017]圖2為磁通約束性故障電流限制器帶旁路開關的結構原理圖。
[0018]圖3為磁通約束型故障電流限制器的系統(tǒng)接入圖。
[0019]圖4為不接入故障電流限制器情況下系統(tǒng)正常工作時A、B、C三相線路的仿真電流圖。
[0020]圖5為接入故障電流限制器情況下系統(tǒng)正常工作時A、B、C三相線路的仿真電流圖。
[0021]圖6為不接入故障電流限制器情況下系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時A、B、C三相線路的仿真電流圖。
[0022]圖7為接入故障電流限制器情況下系統(tǒng)發(fā)生接地故障時A、B、C三相線路的仿真電流圖。

【具體實施方式】
[0023]下面參照附圖并結合實例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0024]實施例一:
圖1和圖3為本發(fā)明的一個實施例。如圖1所示，該實施例的磁通約束型三相故障電流限制器，由一個變壓器鐵芯作為故障電流限制器本體，該變壓器鐵芯為單相雙柱式鐵芯。變壓器鐵芯上安裝有三相耦合繞組A、B和C用于與電網(wǎng)的三相線路連接，其中A相耦合繞組接入電網(wǎng)的A相線路，B相耦合繞組接入電網(wǎng)的B相線路，C相耦合繞組接入電網(wǎng)的C相線路，各相耦合繞組以相同的方向卷繞在變壓器鐵芯上。
[0025]如圖3所示，當電網(wǎng)發(fā)生單向線路接地故障如C相線路發(fā)生接地故障時，則可通過A相電流Ia和B相電流Ib經(jīng)A相耦合繞組、B相耦合繞組所產(chǎn)生磁通對C相電流Ic進行限制，從而確保Ic在斷路器開斷電流范圍內，實現(xiàn)對故障相電流的限制。
[0026]各相耦合繞組的變比為1:1:1，保證電網(wǎng)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。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。
[0027]實施例二:
圖2給出了本發(fā)明的第二個實施例。該實施例與第一個實施例的區(qū)別在于各相耦合繞組的進線點和出線點還分別并聯(lián)有旁路開關ka、kb和kc。旁路開關的作用有二:1)在故障電流限制器發(fā)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(fā)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。
[0028]圖4至圖7給出了本發(fā)明的實施效果的仿真電流圖。圖4表明在不接入本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器時電網(wǎng)正常運行時的三相電流瞬時值，其幅值設定為148A。圖5表明在接入本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器時電網(wǎng)正常運行時的三相電流瞬時值，幅值設定為147A。可見，在電網(wǎng)正常工作時，本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器的接入對系統(tǒng)電流及輸送功率基本無影響
圖6表明不接入本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器時電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障運行時的三相電流瞬時值，其中A相電流為3482A，B、C相電流為148A，可看出故障電流較大。圖7表明接入本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器時電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障運行時的三相電流瞬時值，其中A相電流為423A，B、C相電流為148A。因此，本發(fā)明的磁通約束型三相故障電流限制器確實對單相接地故障的故障電流起到較大的抑制作用。
[0029]雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但實施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護范圍。因此本發(fā)明的保護范圍應當以本申請的權利要求所界定的內容為標準。
【權利要求】
1.磁通約束型三相故障電流限制器，包括故障電流限制器本體，其特征在于，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(wǎng)的三相線路中的其中一相線路。
2.根據(jù)權利要求1所述的磁通約束型三相故障電流限制器，其特征在于，所述變壓器鐵芯為單相雙柱式鐵芯。
3.根據(jù)權利要求1所述的磁通約束型三相故障電流限制器，其特征在于，各相耦合繞組的變比為1:1:1。
4.根據(jù)權利要求1所述的磁通約束型三相故障電流限制器，其特征在于，各相耦合繞組的進線點和出線點分別并聯(lián)有旁路開關。
5.根據(jù)權利要求廣4任一所述的磁通約束型三相故障電流限制器，其特征在于，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。
【文檔編號】H02H9/02GK104332977SQ201410541318
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權日:2014年10月15日
【發(fā)明者】吳維寧, 侯凱, 李惠宇, 呂宏水, 俞拙飛, 武迪, 蔣應偉, 隗華榮 申請人:南京南瑞集團公司, 國網(wǎng)電力科學研究院