[发明专利]一种新型电力电缆短路电流限制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流限制装置，具体涉及在输电过程中城市电网发生短路故障时对电流起限制作用的一种新型电力电缆短路电流限制器。

背景技术

城市电网的改造大量电力电缆投入使用，智能电网的发展以及各种大型电站的接入使得当前城市电力网短路电流水平逼近现有断路器容量的上限。电力电缆大都埋与地下因短路过流损坏电力电缆维修非常不便。城市电网电力电缆限流就显的尤为重要。在电力负荷密集区域，此类问题尤为突出。常规技术措施如母线分段、固定串联电抗、环网解列等都会给电网运行带来不小的负面影响。短路电流限制器已成为应对短路电流快速增长的重要手段，短路电流限制器经历了机械开关型短路电流限制器、超导型短路电流限制器、电力电子型短路电流限制器和混合型短路电流限制器四个不同的历史阶段。目前，短路电流限制器的种类繁多，根据工作原理及材料的不同大致可分为两类：常规材料型短路电流限制器和超导型短路电流限制器。常规材料型短路电流限制器一般采用电力电子开关技术，主要包括固态限流器、电弧电流转移型限流器以及PTC热敏电阻限流器等。超导型短路电流限制器主要应用超导技术和超导材料。超导型短路电流限制器是目前研究的热点之一，其类型也较为多样化。根据超导材料特性的不同，可分为低温超导短路电流限制器和高温超导短路电流限制器；根据其工作原理的不同可分为电阻型，磁屏蔽型，变压器型，三相电抗器型，桥路型，有源型，饱和铁芯型等。

对当前城市电力网来说，最有前途的就是饱和铁芯型超导短路电流限制器。此类短路电流限制器的优点非常突出，在其工作期间，直流偏置线圈没有超导态到常态之间的转变，因此该装置的反应时间和恢复时间都很短，克服了传统超导型短路电流限制器故障恢复时间过长的难题。但是其缺点也是明显的，首先，直流偏置系统在短路故障期间需要承受巨大的故障电流，因此对线圈的要求很高；其次，直流偏置系统通常采用超导材料，超导材料需要冷却，这将导致大量的操作损耗；另外，在现有的设计中，每个铁芯限制半个周期的交流正弦电流，因此一个单相系统的全短路电流保护需要两个铁芯，一个三相系统就需要六个铁芯，这就增加了限流器的尺寸、重量以及成本。

发明内容

本发明的目的是：针对传统饱和铁芯型超导短路电流限制器中存在偏置线圈要求高、操作损耗多、尺寸偏大及成本过高等不足，提出一种新型电力电缆短路电流限制器的设计，该短路电流限制器不仅不需要直流偏置系统，而且单相保护只需要一个铁芯，三相系统也只需三个铁芯，大大降低了成本，缩减了铁芯和总体的尺寸及重量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型电力电缆短路电流限制器，包括金属氧化物压敏电阻3、铁芯4、绕组线圈5、快速开关6、快速开关控制器7；快速开关6及快速开关控制器7、铁芯4及绕组线圈5和金属氧化物压敏电阻3三部分并联组成；系统正常运行时，铁芯4及绕组线圈5并联于系统中，系统发生短路时，铁芯4及绕组线圈5串联于系统中；快速开关6串接于系统线路中，由快速开关控制器7检测故障发生与否来控制其打开或闭合；所述金属氧化物压敏电阻3为氧化锌压敏电阻或氧化钛压敏电阻。

本发明的工作原理为：系统正常运行时，快速开关6闭合，负载电流流过快速开关6，铁芯4上的绕组线圈5中没有电流流过，因此铁芯4内无磁通产生，此时新型短路电流限制器零损耗。短路故障发生时，一旦快速开关控制器7检测到短路故障的发生，新型短路电流限制器进入故障限流模式。快速开关6在5ms内断开，将故障电流转入绕组线圈5，突然流入的正弦交流短路电流将产生一个变化的外加磁场，从而在铁芯4中产生磁通，铁芯4的滞后效应可产生强大的非线性电感来达到限制短路电流的目的。由于一个铁芯4就可以遍历整个磁滞曲线，因此短路电流的正负半周均能得到有效限制。短路故障排除后，当断路器动作切除故障后，快速开关控制器7检测到短路故障被排除，立即控制快速开关6重新闭合，新型短路电流限制器恢复正常工作状态。

由于在快速开关6断开和闭合的瞬间，将会产生较大的操作过电压，会对系统中的设备造成一定危害。为了抑制操作过电压，在快速开关6上并联一个金属氧化物压敏电阻3，用于吸收快速开关6开闭瞬间产生的过电压，从而保护机械接触开关及设备。