[发明专利]一种交流短路故障限流器

说明书

本发明涉及一种交流短路故障限流器，包括：快速开关、分裂电抗器、电抗器和电容器。其中，分裂电抗器包括磁通反向的第一绕组和第二绕组。电抗器和电容器组成的串联谐振电路，谐振于工频。电网稳态时，第一绕组和第二绕组所在支路电流相等，磁通抵消，限流器表现为小阻抗或无阻抗。故障发生后，短路电流含有多次谐波分量，电抗器和电容器组成的串联谐振电路呈现阻抗，导致第一绕组和第二绕组所在支路的电流不相等，使得分裂电抗器限流阻抗增大，实现了快速自动限流。随后，快速开关分断和灭弧，实现了限流器对短路电流的进一步限制。本发明的限流器能够有效限制交流电网短路电流，提高电网运行可靠性。

技术领域

本发明涉及输配电网的短路故障限流器领域，特别涉及一种交流短路故障限流器。

背景技术

随着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短路电流限制技术。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。目前，基于材料特性及其技术突破，提出并发展了多种限流器，包括PTC限流器、谐振限流器、固态限流器、超导限流器等。由于PTC限流器的限流容量太小，因此不具备在实际电网中的应用前景。固态限流器由于在高电压大容量系统中应用时，需要大量固态开关管(IGBT、GTO等)串并联来实现，导致结构复杂、价格昂贵、稳态损耗大、可靠性低，因此其实际应用也具有很大局限性。文献“330kV开关型零损耗故障限流装置的研制及人工短路试验”(智能电网2015年第3卷第4期)一文中介绍了一种开关型零损耗故障限流装置，通过智能快速开关投切限流电抗器来实现电网限流。虽然采用了智能快速开关，但是，在故障后第一个过零点之后才能投入限流电抗器，无法限制短路电流第一波峰。文献“500kV限流电抗器接入90kA短路电流系统时瞬态恢复电压抑制分析”(南方电网技术2020年第13卷第12期)一文中介绍了一种包含真空快速开关和分裂电抗器的限流器。仍然是在故障后第一个过零点之后才能投入限流电抗器，无法限制短路电流第一波峰。短路电流第一波峰冲击电流大，对变压器等电网设备产生很大的冲击力，造成变压器变形甚至损坏。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提出一种交流短路故障限流器，它结构简单、成本低，能够有效限制交流电网短路电流。

本发明采用的技术方案：一种交流短路故障限流器，该限流器包括快速开关K、分裂电抗器M、电抗器L1和电容器C1；其中，分裂电抗器M包括第一绕组L01和第二绕组L02；

所述分裂电抗器M的第一绕组L01与快速开关K、电抗器L1和电容器C1依次串联后，再与第二绕组L02并联；

其中，分裂电抗器M的第一绕组L01一端和第二绕组L02一端与第一连接点P1相连，分裂电抗器M的第一绕组L01另一端和快速开关K一端通过第二连接点P2相连，快速开关K另一端和电抗器L1一端通过第三连接点P3相连，电抗器L1另一端和电容器C1一端通过第四连接点P4相连，电容器C1另一端与第五连接点P5相连，第二绕组L02另一端与第六连接点P6相连，第五连接点P5和第六连接点P6直接相连。交流电源Uac连接在第一连接点P1与地之间，断路器SW和负载R_L串联后连接在第五连接点P5与地之间构成交流短路故障限流器。