CN102290200B - 一种可控饱和电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统送变电领域，特别涉及一种可控饱和电抗器。它包括：一个可控饱和电抗器铁芯；可控饱和电抗器铁芯为日字型结构，以中间铁芯中线为轴，两侧对称；两侧铁芯的截面积相等，两侧铁芯构成截面积相等的封闭磁通环路；其中一侧的铁芯上分别安装电抗线圈L1、直流线圈L2；另一侧铁芯上分别安装对应的电抗线圈L3、直流线圈L4；电抗线圈L1与电抗线圈L3结构、匝数相同；直流线圈L2与直流线圈L4结构、匝数相同；直流线圈流过直流电流时，直流磁通在两侧铁芯形成的磁通闭环流动，直流磁通不会流到中间铁芯；电抗线圈流过交流电流时，交流磁通在电抗线圈所在侧铁芯与中间铁芯之间形成磁通环路，中间铁芯是交流磁路的一段，交流磁路其他路段铁芯与直流磁通共用；中间铁芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻。

Description

一种可控饱和电抗器

技术领域

本发明涉及电力系统送变电领域，特别涉及一种可控饱和电抗器。

背景技术

随着电力系统的不断发展，发电容量的不断上升，电力系统发生短路引起的短路电流很大。电力系统发生短路引起的短路电流对电力系统的危害是很大的。因此，减小短路电流，可减小电力设备在短路时的损害程度，提高电力系统的稳定性。近年来研究限制短路电流的方法与装置(也称电流限制器)成为热门课题。

利用饱和电抗器铁芯的饱和特性可构成电流限制器。在饱和电抗器铁芯上增加一组直流线圈，电力系统正常运行时，直流电源给直流线圈提供直流电流，使饱和电抗器的铁芯深度饱和。饱和电抗器的铁芯深度饱和时，饱和电抗器呈现小电抗；串联在输电线路中的电流限制器对正常输电没有影响。当电力系统发生短路时，控制模块切断直流线圈的直流电流，饱和电抗器的铁芯脱离饱和；饱和电抗器呈现很大电抗。串联在输电线路中的饱和电抗器对短路电流起限制作用，减小短路电流。

饱和电抗器是饱和电抗型电流限制器的核心设备，也是最贵重的设备。一般采用双口字形饱和电抗器。一种磁饱和电抗器(专利号2010105840411)，一种饱和电抗器主体(专利号2011100207304)，一种饱和电抗器(专利号2011100409541)，一种低噪音饱和电抗器(专利号2011100409556)，分别提出了各种各具特色的饱和电抗器。在满足性能要求条件下如何进一步减小饱和电抗器的体积与重量，减小饱和电抗型电流限制器的价格是研究方向之一。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种通过适当降低饱和电抗电流限制器的限制电流效果，但较大幅度减小可控饱和电抗器体积与重量，较大幅度减小饱和电抗电流限制器价格，限制电流效果与可控饱和电抗器价格的性价比较优的一种可控饱和电抗器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可控饱和电抗器，它包括：

一个可控饱和电抗器铁芯；可控饱和电抗器铁芯为日字型结构，以中间铁芯中线为轴，两侧对称；两侧铁芯的截面积相等，两侧铁芯构成截面积相等的封闭磁通环路；其中一侧的铁芯上分别安装电抗线圈L1、直流线圈L2；另一侧铁芯上分别安装对应的电抗线圈L3、直流线圈L4；电抗线圈L1与电抗线圈L3结构、匝数相同；直流线圈L2与直流线圈L4结构、匝数相同；

直流线圈流过直流电流时，直流磁通在两侧铁芯形成的磁通闭环流动，直流磁通不会流到中间铁芯；电抗线圈流过交流电流时，交流磁通在电抗线圈所在侧铁芯与中间铁芯之间形成磁通环路，中间铁芯是交流磁路的一段，交流磁路其他路段铁芯与直流磁通共用；中间铁芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻。

所述中间铁芯的截面积小于两侧铁芯的截面积之和；直流线圈的直流电流等于零，且电抗线圈施加的电压较小时，中间铁芯与两侧铁芯都不饱和；直流线圈的直流电流等于零，且电抗线圈施加额定电压时，中间铁芯饱和，但两侧铁芯不饱和。

所述中间铁芯的截面积小于两侧铁芯的截面积之和，且中间铁芯一部分路段的截面积由大逐渐变小后又逐渐增大；电抗线圈施加的电压由小增大时，中间铁芯截面积较小的路段先饱和，中间铁芯截面积较大的路段后饱和；直流线圈的直流电流等于零，电抗线圈施加的电压增大至额定电压时，中间铁芯全部饱和，但两侧铁芯不饱和。

所述中间铁芯的截面积小于两侧铁芯的截面积之和，且中间铁芯路段的一部分是气隙；直流线圈的直流电流等于零，且电抗线圈施加的电压较小时，中间铁芯与两侧铁芯都不饱和；直流线圈的直流电流等于零，且电抗线圈施加额定电压时，中间铁芯饱和，但两侧铁芯不饱和。

本发明的有益效果是：当可控饱和电抗器串联于电力系统作为串联型可控饱和电抗器应用，可较大幅度减小可控饱和电抗器体积与重量，较大幅度减小饱和电抗电流限制器价格，限制电流效果与可控饱和电抗器价格的性价比较优。当可控饱和电抗器并联于电力系统作为并联型可控饱和电抗器应用，电压与电流波形畸变较小。

附图说明

图1表示一种可控饱和电抗器结构及连接方式；

图2表示可控饱和电抗器第2种结构及连接方式；

图3表示可控饱和电抗器第3种结构；

图4表示可控饱和电抗器第3种结构的另一种形式；

图5表示可控饱和电抗器第4种结构；

其中，1.交流端子I，2.交流端子II，3.直流端子I，4.直流端子II，5.可控饱和电抗器铁芯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1：

可控饱和电抗器结构及连接方式如图1所示。它有一个日字形的可控饱和电抗器铁芯5，交流端子I1与交流端子II2串连接入交流输电回路(电抗线圈L1和电抗线圈L2组成)；装置直流端子I3与直流端子II4串连接入直流供电回路(直流线圈L2和直流线圈L4组成)。

由于电抗线圈L1的同名端与电抗线圈L3的同名端连接，为可控饱和电抗器交流回路的其中一个交流端子I1，电抗线圈L1的异名端与电抗线圈L3的异名端连接，为可控饱和电抗器交流回路的另一个交流端子II2；又由于电抗线圈L1与电抗线圈L3结构、匝数相同；所以，在电抗线圈L1流过的交流电流在铁芯中产生的磁通φ1与电抗线圈L2流过的交流电流在铁芯中产生的磁通φ2，大小相等，方向都向上，交流磁通分别在日型结构两侧铁芯向上，都经过日字型结构的中间铁芯形成闭合回路。

直流线圈L2的异名端与直流线圈L4的异名端连接，直流线圈L2的同名端为可控饱和电抗器直流回路的其中一个直流端子I3，直流线圈L4的同名端为可控饱和电抗器直流回路的直流端子II4。电抗线圈L1在可控饱和电抗器铁芯中产生工频磁通，该工频磁通在直流线圈L2产生感生电动势；电抗线圈L3在可控饱和电抗器铁芯中产生工频磁通，该工频磁通在直流线圈L4产生感生电动势；由于直流线圈L2与直流线圈L4结构、匝数相同，直流线圈L2的工频感生电动势与直流线圈L4的工频感生电动势相减为零，电抗线圈L1、电抗线圈L3的交流电流对直流回路不产生影响。直流线圈L3、直流线圈L4中流过直流电流时，直流线圈L3、直流线圈L4产生的磁通一个向上，一个向下，直流磁通在两侧铁芯形成磁通闭环；直流磁通使所在铁芯饱和时，交流线圈所在的铁芯柱也同时是饱和的。

所述两直流线圈流过直流电流时，直流磁通在两侧铁芯形成的磁通闭环流动，直流磁通不会流到中间铁芯；所述两电抗线圈流过交流电流时，交流磁通在电抗线圈所在侧铁芯与中间铁芯之间形成磁通环路，中间铁芯是交流磁路的一段，交流磁路其他路段铁芯与直流磁通共用；由于中间铁芯的截面积小于两侧铁芯的截面积之和，中间铁芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻。

如果可控饱和电抗器的直流线圈L2、直流线圈L4直流电流为零，交流端子I1与交流端子II2之间所加的电压不足以使日字型结构的中间铁芯饱和时，可控饱和电抗器铁芯脱离饱和状态，串联在输电回路中的电抗线圈L1、电抗线圈L3的电抗很大。如果可控饱和电抗器的直流线圈L2、直流线圈L4直流电流为零；交流端子I1与交流端子II2之间所加的电压使日字型结构的中间铁芯饱和，但日字型结构的两铁芯不饱和时，可控饱和电抗器串联在输电回路中的电抗线圈L1、电抗线圈L3的电抗减小，但仍然较大。设计直流线圈L2、直流线圈L4直流电流等于零的条件下，交流端子I1与交流端子II2之间施加额定电压时，日字型结构的两侧铁芯处于临界饱和状态，可控饱和电抗器可获得一定的限制短路电流效果，且有较小的可控饱和电抗器的铁芯体积和重量。

当可控饱和电抗器的直流线圈L2、直流线圈L4直流电流较大，可控饱和电抗器两侧铁芯处于深度饱和状态，串联在输电回路中的电抗线圈L1、电抗线圈L3的电抗很小。由于较小的可控饱和电抗器的铁芯体积和重量，同等直流磁通可使可控饱和电抗器两侧铁芯更加饱和，可控饱和电抗器的电抗值更低。

电抗线圈L1与电抗线圈L3是并联的，高次谐波电流可在电抗线圈L1与电抗线圈L3中形成流通回路，使可控饱和电抗器的电压波形较好。铁芯产生高频振动较小，可控饱和电抗器产生的噪音较小。

电抗线圈L1与直流线圈L2同柱，电抗线圈L3与直流线圈L4同柱，如果直流端子I3与直流端子II4之间有干扰交流电压，就会在电抗线圈L1与电抗线圈L3之间形成环流，强制直流端子I3与直流端子II4之间的干扰交流电压下降。减小了干扰电压对直流电路的危害。

当可控饱和电抗器的直流线圈L2、直流线圈L4有直流电流，可控饱和电抗器两侧铁芯已经饱和，但是没有深度饱和；电抗线圈L1与电抗线圈L3的交流电流瞬时值较小时，两侧铁芯饱和，中间铁芯不饱和；电抗线圈L1与电抗线圈L3的交流电流瞬时值较大时，两侧铁芯中的一侧铁芯进入不饱和状态，中间铁芯进入饱和状态；电抗线圈L1与电抗线圈L3的交流电流瞬时值从较小变化到较大，电抗值线性度较好，电压与电流波形畸变较小。特别是，当可控饱和电抗器并联于电力系统作为并联型可控饱和电抗器应用，电压与电流波形畸变较小，对电力系统产生的谐波较小，有重要意义。

实施例2：

图2表示可控饱和电抗器第2种结构及连接方式；电抗线圈L1的同名端为可控饱和电抗器交流回路的其中一个交流端子I1，电抗线圈L1的异名端与电抗线圈L3的同名端连接，电抗线圈L3的异名端为可控饱和电抗器交流回路的另一个交流端子II2。直流线圈L2的同名端作为直流端子I3，直流线圈L2的异名端与直流线圈L4的异名端连接，直流线圈L4的同名端作为直流端子II4。

为了限制直流回路过电压和减小高次谐波，图2表示的结构及连接方式中还可以在两个侧柱分别增加两个短路线圈，如专利号2011100409541“一种饱和电抗器”所采用的措施。

图2表示的可控饱和电抗器结构及连接方式也可获得实施例1的效果。

实施例3：

图3与图4表示可控饱和电抗器第3种结构及连接方式；所述可控饱和电抗器中间铁芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻，中间铁芯的截面积小于两侧铁芯的截面积之和，且中间铁芯一部分路段的截面积由大逐渐变小后又逐渐增大；电抗线圈施加的电压由小增大时，中间铁芯截面积较小的路段先饱和，中间铁芯截面积较大的路段后饱和；由于中间铁芯截面积的饱和是逐渐变化的，电流和电压波形畸变较小，产生的谐波较小。直流线圈的直流电流等于零，电抗线圈施加的电压增大至额定电压时，中间铁芯全部饱和，但两侧铁芯不饱和。

图3表示中间铁芯一部分路段的截面积由大逐渐变小后又逐渐增大，由中间铁芯外部尺寸逐渐变细实现；图4表示中间铁芯一部分路段的截面积由大逐渐变小后又逐渐增大，由中间铁芯内部空洞尺寸逐渐变大实现。图4表示的方法，当铁芯截面积较小的路段先饱和时，漏磁在铁芯内部空间分布，漏磁空间分布特性较好，可控饱和电抗器特性较好。

图3与图4表示的可控饱和电抗器结构及各线圈的连接方式与实施例1相同，不再赘述。

实施例4：

图5表示可控饱和电抗器第4种结构及连接方式；所述可控饱和电抗器中间铁芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻，中间铁芯的截面积小于两侧铁芯的截面积之和，且中间铁芯路段的一部分是气隙；饱和电抗器的特性更接近直线，电流和电压波形畸变较小，产生的谐波较小。直流线圈的直流电流等于零，且电抗线圈施加的电压较小时，中间铁芯与两侧铁芯都不饱和；直流线圈的直流电流等于零，且电抗线圈施加额定电压时，中间铁芯饱和，但两侧铁芯不饱和。

图5表示的可控饱和电抗器结构及各线圈连接方式与实施例1相同，不再赘述。

本发明的可控饱和电抗器可用现有技术设计制造，完全可以实现。有广阔应用前景。

Claims (3)

1.一种可控饱和电抗器，其特征是，它包括：

一个可控饱和电抗器铁芯；可控饱和电抗器铁芯为日字型结构，以中间铁芯中线为轴，两侧对称；两侧铁芯的截面积相等，两侧铁芯构成截面积相等的封闭磁通环路；其中一侧的铁芯上分别安装电抗线圈L1、直流线圈L2；另一侧铁芯上分别安装对应的电抗线圈L3、直流线圈L4；电抗线圈L1与电抗线圈L3结构、匝数相同；直流线圈L2与直流线圈L4结构、匝数相同； 

直流线圈流过直流电流时，直流磁通在两侧铁芯形成的磁通闭环流动，直流磁通不会流到中间铁芯；电抗线圈流过交流电流时，交流磁通在电抗线圈所在侧铁芯与中间铁芯之间形成磁通环路，中间铁芯是交流磁路的一段，交流磁路其他路段铁芯与直流磁通共用；中间铁芯路段的磁阻大于交流磁路其他路段的磁阻；

所述中间铁芯的截面积小于两侧铁芯的截面积之和，且中间铁芯路段的一部分是气隙；直流线圈的直流电流等于零，且电抗线圈施加的电压较小时，中间铁芯与两侧铁芯都不饱和；直流线圈的直流电流等于零，且电抗线圈施加额定电压时，中间铁芯饱和，但两侧铁芯不饱和。

2.如权利要求1所述的可控饱和电抗器，其特征是，所述中间铁芯的截面积小于两侧铁芯的截面积之和；直流线圈的直流电流等于零，且电抗线圈施加的电压较小时，中间铁芯与两侧铁芯都不饱和；直流线圈的直流电流等于零，且电抗线圈施加额定电压时，中间铁芯饱和，但两侧铁芯不饱和。

3.如权利要求1所述的可控饱和电抗器，其特征是，所述中间铁芯的截面积小于两侧铁芯的截面积之和，且中间铁芯一部分路段的截面积由大逐渐变小后又逐渐增大；电抗线圈施加的电压由小增大时，中间铁芯截面积较小的路段先饱和，中间铁芯截面积较大的路段后饱和；直流线圈的直流电流等于零，电抗线圈施加的电压增大至额定电压时，中间铁芯全部饱和，但两侧铁芯不饱和。

Images