[发明专利]一种基于组合式快速合闸开关的故障电流限制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种故障电流限制器。

背景技术

随着国民经济的快速发展，社会对电力的需求不断增加，带动了电力系统的不断发展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心负荷不断增加，就使得电力系统之间互联，各级电网中的短路电流水平不断提高，短路故障对电力系统及其相连的电气设备的破坏性也越来越大。而且，在对电能的需求量日益增长的同时，人们对电能质量、供电可靠性和安全性等也提出了更高的要求。然而，大电网的暂态稳定性问题比较突出，其中最重要的原因之一是由于常规电力技术缺乏行之有效的短路故障电流限制技术。目前，世界上广泛采用断路器对短路电流全额开断，由于短路电流水平与系统的容量直接相关，在断路器的额定开断电流水平一定的情况下，采用全额开断短路电流将会限制电力系统的容量的增长，并且断路器价格昂贵且其价格随其额定开断电流的增加而迅速上升。随着电网容量和规模的扩大，断路器的开断能力已经越来越难以适应电网运行的需要。

短路故障限流器为这一问题的解决提供了新思路。当前比较成熟的故障限流器技术主要有串联限流电抗器、串联谐振型故障电流限制器、可控串补故障电流限制器等，而处于研究阶段的故障限流器技术主要是应用新材料实现的限流技术，包括超导限流器、PTC热敏电阻限流器和固态限流器。在当前的限流器技术中，以串联限流电抗器和串联谐振型限流器的技术最为成熟，可靠性也最高。串联谐振型限流器没有无功功率损耗，具有很大的应用前景。对于串联谐振型限流器而言，电容器旁通电路是一个关键技术，主要有以下几种旁通电路：基于饱和电抗器的旁通电路（两种经济型故障限流器的工作特性比较，电力系统及其自动化学报，2005，17（4）：71-75）、基于避雷器的旁通电路（氧化锌避雷器式故障限流器对电力系统暂态稳定性的影响，电力自动化设备，2007,27（8）：51-54）和基于电力电子和快速开关的旁通电路（基于快速开关的串联谐振型故障限流器的仿真，高电压技术，2006,32（5）：80-83）。但是上述所有的电容器旁通电路都需通过接近于全部的短路电流，因此，电容器旁通电路部件需要根据耐受全部短路电流来设计，造价很高。

发明内容

本发明的目的在于克服常规串联谐振型故障电流限制器的缺点，提出一种基于组合式快速合闸开关的故障电流限制器。该组合式快速合闸开关采用同名端相反的紧耦合双绕组电抗器的一个支路与快速合闸开关串联的方式，可将快速合闸开关的短路冲击电流降低；也可采用二级级联结构紧耦合双绕组电抗器中二级双绕组电抗器的一个支路与快速合闸开关串联的方式，可将快速合闸开关的短路冲击电流降至更低；也可采用两组串联结构同名端相反紧耦合双绕组电抗器中每组电抗器的一个支路和一组快速合闸开关串联的方式，可将快速合闸开关的短路冲击电流和过电压均降低。本发明提出的基于组合式快速合闸开关的故障电流限制器，灵活、易实施，可应用于各种不同电压等级、不同容量的电网系统中。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明基于组合式快速合闸开关的故障电流限制器由常规电抗器或同名端相同紧耦合电抗器、电容器和组合式快速合闸开关构成。所述的组合式快速合闸开关与电容器先并联再与常规电抗器串联，或者同名端相同紧耦合双绕组电抗器的一个支路与组合式快速合闸开关串联，同名端相同紧耦合双绕组电抗器的另一个支路与电容器串联。

所述的组合式快速合闸开关由同名端相反紧耦合双绕组电抗器和快速合闸开关组成。

所述的同名端相同紧耦合双绕组电抗器由第一绕组、第二绕组和矩形的空芯、闭合或半闭合铁芯组成，所述的第一绕组和第二绕组的匝数相同，以并联方式绕制在芯柱上。

组成组合式快速合闸开关的同名端相反紧耦合双绕组电抗器由第一绕组、第二绕组和矩形的空芯、闭合或半闭合铁芯组成，所述的第一绕组和第二绕组的匝数相同，以反并联方式绕制在芯柱上。

所述的故障电流限制器串联在电网系统中。

本发明可以采用以下两种技术方案：

第一种故障电流限制器采用组合式快速合闸开关与电容器先并联之后，再与常规电抗器串联。在正常工作时，组合式快速合闸开关呈大阻抗状态，电流主要从常规电抗器和电容器串联组成的电路中流过，常规电抗器和电容器组成串联谐振电路，呈低阻抗状态，对电网系统影响很小。在电网系统发生故障短路时，组合式快速合闸开关快速反应呈小阻抗状态，短路电流从电容器支路转移到快速合闸开关支路，整个电网系统的阻抗增加，短路电流下降。