[实用新型]故障电流限制器

说明书

技术领域

本实用新型属于电力系统的短路限流保护装置，特别涉及一种故障电流限制器。

背景技术

为有效抑制短路故障给电力系统及用户带来的巨大危害，保证电力系统运行的安全性、可靠性和稳定性，必须采取行之有效的方法限制短路电流，切断故障线路。传统的限流措施主要有以下形式：

(1)发展高电压等级的电力系统，将低电压等级电力系统解列分片运行。这种措施可以有效抑制系统短路(电流)容量，但将降低电网供电可靠性和运行灵活性，同时建造高一级电压的环网不仅复杂、造价昂贵，而且涉及到环境电磁污染问题。

(2)采用多母线运行或母线分段运行。对控制短路电流增长也很有效，但并非电网发展的趋势，不能实现电网能源的最优配置。

(3)采用熔断式保护器。该措施对切断短路电流起到积极作用，但其反应速度较慢，不利于电网的稳态和暂态稳定，且对电网的瞬间电动力没有任何抑制作用；另一方面，熔断式保护器一般是一次性的，给电网的维护以及自动化带来不便。

(4)采用大容量断路器。从现代电力系统及其技术发展来看，这种方案存在一定的局限性。一方面，超大容量断路器在技术上存在相当的难度，另一方面，系统短路电流和断路器设备遮断容量太大会加重并联设备的技术要求，是不经济的。

以上几种限流措施从原理到应用方式上都有所区别，均可以不同程度上实现对短路电流的约束和限制。但与此同时，它们又存在着各自的缺陷和不足，并以另一种形式对电网产生了不利的影响。为此，人们提出了故障限流器的概念，并开展了大量的研究工作。

华中科技大学申请的申请号为“200410013346.1”的《直流超导故障限流器》，该直流超导故障限流器在正常运行时，对直流系统的运行没有任何影响；而当系统发生故障时，该直流超导故障限流器能在短路后0.1s时间内将故障电流限制在正常值的2～3倍，具有良好的限流效果，且不会产生过电压。该限流器采用电压源与电阻相串联来提供偏置电流，在运行过程中会产生一定的电阻损耗，该损耗与电流的平方成正比，当直流系统的运行电流水平较高时，偏置源所产生的损耗就会很大，会影响系统运行的经济性。

发明内容

本实用新型提供一种故障电流限制器，目的在于克服现有技术在偏置电流源设计方面的不足之处，减少正常运行时限流装置的电阻损耗。

本实用新型的一种故障电流限制器，包括变压器，变压器的铁心上绕制一次侧线圈和二次侧线圈，变压器的铁心工作在线性区，变压器一次侧线圈串联接入电力系统主回路，其特征在于：可控开关并联限流电阻之后同变压器二次侧线圈相连，通过控制可控开关的开、闭状态调节呈现的限流阻抗大小。

所述的故障电流限制器，其特征在于：所述变压器一次侧线圈和二次侧线圈的材料为超导材料。

所述的故障电流限制器，其特征在于：所述可控开关为断路器开关、电力电子开关或者PWM变流器。

本实用新型在电路结构中用可控开关并联限流电阻的方式来代替偏置电压源和串联电阻，正常运行时，可控开关处于闭合状态，本实用新型故障电流限流器呈现低阻抗，对系统不产生影响；当发生短路故障后，控制可控开关处于断开状态，使故障电流限流器呈现大阻抗来抑制故障电流的上升。串联变压器的铁心一直工作在非饱和区域，所以该限流器在系统中为一线性阻抗，不会产生谐波。当发生故障时，通过可控开关迅速开断，由于限流电阻的存在，不会产生过电压。可控开关的合适选取能有效保证限流器的动态响应特性。由于是在二次侧线圈实现开断和闭合等操作，通过变压器的隔离，可以方便地选择变比来确定可控开关的电压电流等级，从而使限流器的性价比最优。该限流器可以立刻把大的短路电流限制在比较低的水平，该限流器运行损耗低，结构简单，响应迅速，有利于减小现有开关设备、断路器的损耗，节省电力部门的投资。

附图说明

图1为本实用新型应用于交流电力系统的电路示意图；

图2为本实用新型应用于交流电力系统的等效电路图；

图3(a)为本实用新型实施例1应用于交流系统的变压器一次侧系统电流i_s的波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为系统电流i_s(A)；并将有故障电流限制器与无故障电流限制器时作比较。

图3(b)为本实用新型实施例1应用于交流系统的变压器一次侧电压u₁的波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为变压器一次侧电压u₁(V)；