CN201118224Y - 一种电力系统短路故障限流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力系统短路故障限流器，包括由电子开关ES1、ES2、ES3和ES4组成的桥路、直流限流电抗器L1、并联电感L2和直流偏压电源Eb；电子开关ES1的一端、电子开关ES3的一端和直流限流电抗器L1的一端接在一起；直流限流电抗器L1的另一端和直流偏压电源Eb的负极接在一起；电子开关ES2的一端、电子开关ES4的一端和直流偏压电源Eb的正极接在一起；并联电感L2的一端、电子开关ES1的另一端、电子开关ES2的另一端接在一起，为限流器接入线路的一个出线端子；并联电感L2的另一端与电子开关ES3的另一端、电子开关ES4的另一端接在一起，为限流器接入线路的另一个出线端子。该装置应用于交流电压供电系统，既能限制短路故障初期的短路电流上升率，也能限制短路故障发生后短路电流的稳态值，而且成本较低。

Description

一种电力系统短路故障限流器

技术领域

本实用新型是一种应用于交流电压供电系统的电力系统短路故障限流器，对短路故障电流及其上升率进行限制的装置，属于交流柔性输电技术的技术领域。

背景技术

随着电力系统规模和容量的不断扩大，短路电流的水平快速增加，当短路电流水平超过断路器的断开容量时，短路故障可能造成主要电力设备如变压器、高压开关设备、电力电缆等的严重损坏，引起系统不稳定，甚至造成系统的瘫痪。短路故障限流器在检测到短路故障发生后，通过快速改变故障线路的阻抗参数，将短路电流限制在允许的水平，以保护电力设备，已经成为柔性交流输电系统的关键元件之一。

附图1中的虚线部分为一种基于双向开关和整流桥路切换方法的短路限流器，图中，L1为直流电感，ES1-ES4等四个双向或单向电子开关组成了一个桥路，通过控制，该桥路既可以工作于整流状态，也可以工作于两个双向开关状态，从而保证L1在短路故障发生后，能限制交流短路电流的稳态值；Eb为直流偏压，用来补偿二极管压降，保证电感L1中的电流始终大于负载额定电流的峰值，从而保证电网电压无畸变。Us为电源电压，X1为线路阻抗，R1为负载阻抗，CB为断路器。该限流器在短路故障初期，能自动限制短路电流上升速度；在短路故障被检测到之后，控制整流桥路切换为两个双向电子开关，将电感L1串入交流电路，可以限制短路电流的稳态值，而且，一般情况下电子开关采用晶闸管元件，桥路在电流过零点切换，切换不会引起过电压和附加振荡，限制后的短路电流无畸变，无电磁干扰。为了满足电力系统继电保护装置的选择性要求，短路故障发生后，短路电流需要维持在额定负载电流的5到10倍，并保持一段时间。为此，在图1所示的限流器中，短路电流必须经过桥路，所以，桥路的额定电流值很大，导致限流器的成本很高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种电力系统短路故障限流器，通过增设并联电感，减小桥路和L1的电流定额，从而降低整个限流器的成本。

本实用新型一种电力系统短路故障限流器，采用晶闸管和二极管组成的双向和单向可控电子开关，组成一个桥路，桥路的交流端并联一个电感，在电力系统正常的情况下，控制桥路工作于不控整流状态，由于电感L1承受直流电压，其两端电压接近于零，并联电感两端电压也接近零，一旦短路故障发生，立即控制桥路工作于两个双向开关状态，外设电感和L1等效并联后，串入交流供电系统，以限制短路电流的稳态值。外设的并联电感承受大部分短路电流，从而减小桥路的电压定额，降低限流器成本。

本实用新型一种电力系统短路故障限流器，包括由电子开关ES1、ES2、ES3和ES4组成的桥路、直流限流电抗器L1、并联电感L2和直流偏压电源Eb；其中，电子开关ES1的一端、电子开关ES3的一端和直流限流电抗器L1的一端接在一起；直流限流电抗器L1的另一端和直流偏压电源Eb的负极接在一起；电子开关ES2的一端、电子开关ES4的一端和直流偏压电源Eb的正极接在一起；并联电感L2的一端、电子开关ES1的另一端、电子开关ES2的另一端接在一起，为限流器接入线路的一个出线端子；并联电感L2的另一端与电子开关ES3的另一端、电子开关ES4的另一端接在一起，为限流器接入线路的另一个出线端子。使用时，将所述限流器通过两个出线端子串联在电力线路的断路器和负载之间。

所述电子开关ES1、ES2、ES3、ES4为由两个晶闸管组成的双向可控电子开关，为一种实现方案。

取电子开关ES1、ES4(或ES2、ES3)为晶闸管和二极管组成的双向电子开关，ES2、ES3(ES1、ES4)为晶闸管为一种实现方案。

电抗器L1可以为超导型的，也可以为常规型的，超导型电抗器更适用于本发明方法和装置。根据经济性要求，L2最好采用常规型的电感。

本实用新型应用于交流电压供电系统，既能限制短路故障初期的短路电流上升率，也能限制短路故障发生后短路电流的稳态值，而且，成本较低。

附图说明

图1为现有技术的限流装置电路图；

图2为本实用新型一种电力系统短路故障限流器的主电路原理图；

图3为本实用新型一种电力系统短路故障限流器的主电路原理图(双向电子开关ES1、ES2、ES3和ES4均由两个可控硅SCR反并联构成)；

图4为本实用新型一种电力系统短路故障限流器的主电路原理图(电子开关ES1、ES4为由晶闸管和二极管反并联组成的双向电子开关，ES2、ES3为晶闸管组成的单向电子开关)；

具体实施方式

以下参照附图和实施例对本本实用新型作进一步详细说明。

实施例1、如图3所示，包括由电子开关ES1、ES2、ES3和ES4组成的桥路、直流限流电抗器L1、并联电感L2和直流偏压电源Eb；其中，电子开关ES1的一端、电子开关ES3的一端和直流限流电抗器L1的一端接在一起；直流限流电抗器L1的另一端和直流偏压电源Eb的负极接在一起；电子开关ES2的一端、电子开关ES4的一端和直流偏压电源Eb的正极接在一起；并联电感L2的一端、电子开关ES1的另一端、电子开关ES2的另一端接在一起，为限流器接入线路的一个出线端子；并联电感L2的另一端与电子开关ES3的另一端、电子开关ES4的另一端接在一起，为限流器接入线路的另一个出线端子。

所述双向电子开关ES1、ES2、ES3和ES4均由两个晶闸管SCR反并联构成。在系统正常的情况下，控制可控硅T1、T2、T3、T4处于常通状态，控制T5、T6、T7、T8处于关断状态，则开关器件组成的桥路工作于不控整流状态，在电感L1充磁之后的稳定状态，由于偏压电源Eb补偿了开关管的通态压降，L1中的略电流大于额定负载电流的峰值，限流器两个出线端子A、B之间电压为零，并联电感L2两端电压为零，限流器的存在对系统无影响。当短路故障发生后，电源电压经过整流桥路加在直流电感L1上，引起L1电流的增加，由于L1位于桥路的直流侧，经过整流桥的电压为单一极性，如果桥路一直工作于整流状态，则L1电流将不断增加；同时，电源电压加在并联电感L2的两端，L2中产生一个交流电流。在该电路中，当L1电流大于设定值后，可以给T1、T5、T4、T8(或T2、T6、T3、T7)常加触发信号以保证其导通，去掉T2、T6、T3、T7(或T1、T5、T4、T8)的触发信号并保证这几个管子在电流过零之后关断，即控制桥路切换到双向开关状态，将L1和L2并联起来，串入交流通路，以限制短路电流的稳态值。参数的设计，要保证L2承担继电保护装置要求的大部分电流，L1和桥路承担小部分电流，则可以使限流器的成本显著降低。如果保证在电源的正半周短路时，开通T1、T5、T4、T8并关断T2、T6、T3、T7；在电源负半周短路时，开通T2、T6、T3、T7并关断T1、T5、T4、T8，则可以在下个半周内使电感L1两端的电流反向，L1的电感量可以小得多(和后边的方案比较)。

实施例2、如图4所示，与实施例1基本相同，所不同的是，所述电子开关ES1、ES4为晶闸管和二极管组成双向电子开关，ES2、ES3为晶闸管。在正常情况下，控制T2、T3导通，T1、T4关断，则D1、D2、T2、T3组成不控整流桥。在短路故障发生后，关断T2、T3管，控制T1、T4管处于常通状态，则桥路转化为两个双向开关，将电感L1和L2并联起来，串入交流电路，限制短路电流的稳态值。在电源电压负半周发生短路后，则L1电流在下一个半周内仍然承受上正下负的电压，所以L1电流将可能从负载电流额定值的峰值开始，在一个周期内持续增加，所以L1的电感值将比附图3所示的方案大很多，但电路结构更简单。

Claims (3)

1、一种电力系统短路故障限流器，包括由电子开关ES1、ES2、ES3和ES4组成的桥路、直流限流电抗器L1、并联电感L2和直流偏压电源Eb；其特征是：电子开关ES1的一端、电子开关ES3的一端和直流限流电抗器L1的一端接在一起；直流限流电抗器L1的另一端和直流偏压电源Eb的负极接在一起；电子开关ES2的一端、电子开关ES4的一端和直流偏压电源Eb的正极接在一起；并联电感L2的一端、电子开关ES1的另一端、电子开关ES2的另一端接在一起，为限流器接入线路的一个出线端子；并联电感L2的另一端与电子开关ES3的另一端、电子开关ES4的另一端接在一起，为限流器接入线路的另一个出线端子。

2、根据权利要求1所述的一种电力系统短路故障限流器，其特征是：所述电子开关ES1、ES2、ES3、ES4为由两个晶闸管反向并联组成的双向电子开关。

3、根据权利要求1所述的一种电力系统短路故障限流器，其特征是：所述电子开关ES1、ES4或ES2、ES3为由晶闸管和二极管反并联组成的双向电子开关，ES2、ES3或ES1、ES4为晶闸管，其方向满足从整流桥到两个双向电子开关转换的要求。

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