CN201163716Y - 具有耗能电阻的短路故障限流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有耗能电阻的短路故障限流器，由旁路电感L2、二极管组成的不控整流桥、直流电感L1、可控开关T1、电阻R、氧化锌过电压吸收器ZnO等组成。旁路电感L2和氧化锌ZnO过电压吸收器并联后，再并联在桥路交流端；直流电感L1和电阻R并联，与可控开关T1串联后，接在桥路的直流侧。本实用新型应用于交流电压供电系统，使得整流桥路和直流电抗器L1既能限制短路故障初期的短路电流上升率，也能贡献于短路故障发生后短路电流有效值，能够减小旁路电感L2、L3、L4的电流定额，降低整个限流器的成本，而且，通过调节自关断开关管T1驱动信号的频率和占空比，还可以调整限流器在短路限流期间所提供的阻性含量，提高电力系统的稳定性。

Description

具有耗能电阻的短路故障限流器

技术领域

本实用新型是一种应用于交流电压供电系统，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，具体说是一种具有耗能电阻的短路故障限流器。

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具有单个自关断器件的桥式短路限流器，图中，L1为直流电感，L2为旁路电感，D1-D4等组成了一个不控整流桥，T1为自关断开关器件，D5为续流二极管。Lx、Rx为线路电感和线路电阻。在系统正常的情况下，控制T1导通，完成L1充磁之后，在稳态情况下，忽略D1-D5、T1及L1的功率损耗，限流器两端无压降。当短路故障发生后，经过T1和L1的电流会快速上升，当该电流大于某一设定值之后，控制关断T1，L1电流经过D5续流，桥路和L1退出系统，短路电流受到L2的限制。

由于桥路和直流电感只在短路故障初期，限制短路电流上升速度，在短路故障被检测到之后，退出系统，不参与限制稳态短路电流，因而利用率较低。如果用合适阻值的电阻R代替附图1中的续流二极管D5，在短路故障发生后，采用一定频率和占空比的信号来控制开关管T1，则二极管桥路、L1、T1、R可以承担一个调制了的短路电流，该调制了的短路电流和旁路电感L2中的短路电流之和为满足继电保护选择性要求的总的短路电流，因此，可以减小旁路电感L2的电流定额，提高各元件的利用率，总体上降低装置成本。同时，耗能电阻还能够吸收短路故障引起的暂态分量，阻尼振荡，有利于电力系统的稳定。为此，提出一种具有耗能电阻的桥式短路故障限流器，能够提高桥路和L1的利用率，减小旁路电感L2的电流应力，降低限流器成本并提高系统的稳定性。

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，提供一种具有耗能电阻的短路故障限流器，在直流电感两端并联电阻，在短路故障发生后，以一定频率和占空比的方波信号来控制开关管，设开关周期为T，一个周期内T1的开通时间为Ton，T1的关断时间为Toff＝T-Ton。在Ton期间，电源电压整流后加在L1和电阻R的两端，从而在电感和电阻中产生电流，电感L1的电流从前一个周期结束时的初值开始增加；在T1关断期间，电感电流通过电阻R，电感L1储存的磁能消耗在电阻R上，电流衰减；通过调节控制信号的频率和占空比，可以调节电感电流周期性地上升和衰减规律，即控制通过二极管整流桥路的等效电流值。由于二极管整流桥路和T1、L1、R承担了部分电流，可以提高桥路和L1的利用率，减小旁路电感L2、L3、L4的电流定额，降低整个限流器的成本，还能够为系统短路时提供一定的电阻负载特性，提高系统稳定性。周期性地开通和关断T1，由线路电感Lx等会引起一定的操作过电压，因此，在旁路电感L2等的两端(也就是整流桥路的交流输入侧)并联氧化锌ZnO过电压吸收器，可以保护整流桥和T1。

本实用新型具有耗能电阻的短路故障限流器，由旁路电感L2、二极管组成的不控整流桥、直流电感L1、可控开关T1、电阻R、氧化锌过电压吸收器ZnO等组成。旁路电感L2和氧化锌ZnO过电压吸收器并联后，再并联在桥路交流端；直流电感L1和电阻R并联，与可控开关T1串联后，接在桥路的直流侧。在电力系统正常的情况下，控制T1处于常通状态，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，限流器呈现零阻抗状态。在短路故障发生并被检测到之后，立即用一定频率和占空比的方波信号去控制开关管T1，在开关管导通的Ton期间，电源电压整流后加在L1和电阻R的两端，从而在电感和电阻中产生电流，电感L1的电流从前一个周期结束时的初值开始增加；在T1关断的Toff期间，电感电流通过电阻R，电感L1储存的磁能消耗在电阻R上，电流衰减；通过调节控制信号的频率和占空比，可以调节电感电流周期性地上升和衰减规律，即控制通过二极管整流桥路的等效电流值。由于二极管整流桥路和T1、L1、R承担了部分电流，可以提高桥路和L1的利用率，减小旁路电感L2的电流定额，降低整个限流器的成本，还能够为系统短路时提供一定的电阻负载特性，提高系统稳定性。

本实用新型具有耗能电阻的短路故障限流器，包括旁路电感L2、二极管组成的不控整流桥、直流电感L1、可控开关T1、电阻R、氧化锌过电压吸收器ZnO等。其中，整流桥中二极管D1、D2的公共阴极、自关断开关管T1的集电极(或漏极)、接在一起；自关断开关管T1的发射极(或源极)、电阻R的一端和直流电抗器L1的一端接在一起；直流电抗器L1的另一端与整流桥中二极管D3、D4的公共阳极和电阻R的另一端接在一起；旁路电抗器L2的一端、氧化锌过电压吸收器ZnO的一端和二极管D3的阴极、二极管D1的阳极接在一起，为限流器的一个出线端子；旁路电抗器L2的另一端、氧化锌过电压吸收器ZnO的另一端和二极管D4的阴极、二极管D2的阳极接在一起，为限流器的另一个出线端子。使用时，该限流器通过两个出线端子串联接在电源和负载之间。

该限流器还可以采用下述结构，用于三相不接地系统。本实用新型具有耗能电阻的短路故障限流器，由二极管D1～D6组成的二极管整流桥、自关断开关管T1、电阻R、直流电抗器L1、旁路电抗器L2～L4、氧化锌过电压吸收器ZnO1～ZnO3等构成。其中，二极管D1、D2、D3的阴极、自关断开关管T1的集电极(或漏极)接在一起；自关断开关管T1的发射极(或源极)、电阻R的一端和直流电抗器L1的一端接在一起；D4、D5、D6的阳极、直流电抗器L1的另一端、电阻R的另一端接在一起；旁路电抗器L2的一端、氧化锌过电压吸收器ZnO1的一端、二极管D1的阳极、二极管D4的阴极接在一起，构成限流器a相的出线端子；旁路电抗器L3的一端、氧化锌过电压吸收器ZnO2的一端、二极管D2的阳极、二极管D5的阴极接在一起，构成限流器b相的出线端子；旁路电抗器L4的一端、氧化锌过电压吸收器ZnO3的一端、二极管D3的阳极、二极管D6的阴极接在一起，构成限流器c相的出线端子；旁路电抗器L2、L3、L4的另一端和氧化锌过电压吸收器ZnO1、ZnO2、ZnO3的另一端接在一起。使用时，限流器的a、b、c相出线端子分别和三相电源的a、b、c相的参考端接在一起，构成正常运行情况下三相电源的等效中性点。

电抗器L1可以为超导型的，也可以为常规型的。根据经济性要求，L2、L3、L4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，使得整流桥路和直流电抗器L1既能限制短路故障初期的短路电流上升率，也能贡献于短路故障发生后短路电流有效值，能够减小旁路电感L2、L3、L4的电流定额，降低整个限流器的成本，而且，通过调节自关断开关管T1驱动信号的频率和占空比，还可以调整限流器在短路限流期间所提供的阻性含量，提高电力系统的稳定性。

附图说明

图1为现有技术的限流器电路图；

图2为本实用新型具有耗能电阻的短路故障限流器的主电路原理图(单相结构)；

图3为本实用新型具有耗能电阻的短路故障限流器的主电路原理图(用于不接地系统的三相结构)；

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2所示，本实用新型具有耗能电阻的短路故障限流器，由旁路电感L2、二极管组成的不控整流桥、直流电感L1、可控开关T1、电阻R、氧化锌过电压吸收器ZnO等组成。旁路电感L2和氧化锌ZnO过电压吸收器并联后，再并联在桥路交流端；直流电感L1和电阻R并联，与可控开关T1串联后，接在桥路的直流侧。在电力系统正常的情况下，控制T1处于常通状态，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，限流器呈现零阻抗状态。在短路故障发生并被检测到之后，立即用一定频率和占空比的方波信号去控制开关管T1，在开关管导通的Ton期间，电源电压整流后加在L1和电阻R的两端，从而在电感和电阻中产生电流，电感L1的电流从前一个周期结束时的初值开始增加；在T1关断的Toff期间，电感电流通过电阻R，电感L1储存的磁能消耗在电阻R上，电流衰减；通过调节控制信号的频率和占空比，可以调节电感电流周期性地上升和衰减规律，即控制通过二极管整流桥路的等效电流值。由于二极管整流桥路和T1、L1、R承担了部分电流，可以提高桥路和L1的利用率，减小旁路电感L2的电流定额，降低整个限流器的成本，还能够为系统短路时提供一定的电阻负载特性，提高系统稳定性。

实施例2、如图3所示，用于三相不接地系统。本实用新型具有耗能电阻的短路故障限流器，由二极管D1～D6组成的二极管整流桥、自关断开关管T1、电阻R、直流电抗器L1、旁路电抗器L2～L4、氧化锌过电压吸收器ZnO1～ZnO3等构成。其中，二极管D1、D2、D3的阴极、自关断开关管T1的集电极(或漏极)接在一起；自关断开关管T1的发射极(或源极)、电阻R的一端和直流电抗器L1的一端接在一起；D4、D5、D6的阳极、直流电抗器L1的另一端、电阻R的另一端接在一起；旁路电抗器L2的一端、氧化锌过电压吸收器ZnO1的一端、二极管D1的阳极、二极管D4的阴极接在一起，构成限流器a相的出线端子；旁路电抗器L3的一端、氧化锌过电压吸收器ZnO2的一端、二极管D2的阳极、二极管D5的阴极接在一起，构成限流器b相的出线端子；旁路电抗器L4的一端、氧化锌过电压吸收器ZnO3的一端、二极管D3的阳极、二极管D6的阴极接在一起，构成限流器c相的出线端子；旁路电抗器L2、L3、L4的另一端和氧化锌过电压吸收器ZnO1、ZnO2、ZnO3的另一端接在一起。使用时，限流器的a、b、c相出线端子分别和三相电源的a、b、c相的参考端接在一起，构成正常运行情况下三相电源的等效中性点。在正常情况下，控制开关管T1处于常通状态，在稳态情况下，忽略二极管桥路和电感L1的内阻，直流电感两端电压为零，限流器等效为电气上的一个点，对系统无不良影响。短路故障发生后，电源电压经二极管桥整流后，(由于T1还处于通态)加在直流电感两端，引起直流电感L1电流的增加，当检测到短路故障之后，与单相结构限流器的工作原理相似，用一定频率和占空比的方波信号去控制开关管T1，在开关管导通的Ton期间，电源电压整流后加在L1和电阻R的两端，从而在电感和电阻中产生电流，电感L1的电流从前一个周期结束时的初值开始增加；在T1关断的Toff期间，电感电流通过电阻R，电感L1储存的磁能消耗在电阻R上，电流衰减；通过调节控制信号的频率和占空比，可以调节电感电流周期性地上升和衰减规律，即控制通过二极管整流桥路的等效电流值。由于二极管整流桥路和T1、L1、R承担了部分电流，可以提高桥路和L1的利用率，减小旁路电感L2、L3、L4的电流定额，降低整个限流器的成本，还能够为系统短路时提供一定的电阻负载特性，提高系统稳定性。

Claims (2)

1、一种具有耗能电阻的短路故障限流器，包括旁路电感(L2)、二极管组成的不控整流桥、直流电感(L1)、可控开关(T1)、电阻(R)、氧化锌过电压吸收器(ZnO)组成；其特征是：整流桥中二极管(D1、D2)的公共阴极、自关断开关管(T1)的集电极或漏极、接在一起；自关断开关管(T1)的发射极或源极、电阻(R)的一端和直流电抗器(L1)的一端接在一起；直流电抗器(L1)的另一端与整流桥中二极管(D3、D4)的公共阳极和电阻(R)的另一端接在一起；旁路电抗器(L2)的一端、氧化锌过电压吸收器(ZnO)的一端和二极管(D3)的阴极、二极管(D1)的阳极接在一起，为限流器的一个出线端子；旁路电抗器(L2)的另一端、氧化锌过电压吸收器(ZnO)的另一端和二极管(D4)的阴极、二极管(D2)的阳极接在一起，为限流器的另一个出线端子。

2、一种具有耗能电阻的短路故障限流器，由二极管(D1～D6)组成的二极管整流桥、自关断开关管(T1)、电阻(R)、直流电抗器(L1)、旁路电抗器(L2～L4)、氧化锌过电压吸收器(ZnO1～ZnO3)构成；其特征是：二极管(D1、D2、D3)的阴极、自关断开关管(T1)的集电极或漏极接在一起；自关断开关管(T1)的发射极或源极、电阻(R)的一端和直流电抗器(L1)的一端接在一起；二极管(D4、D5、D6)的阳极、直流电抗器(L1)的另一端、电阻(R)的另一端接在一起；旁路电抗器(L2)的一端、氧化锌过电压吸收器(ZnO1)的一端、二极管(D1)的阳极、二极管(D4)的阴极接在一起，构成限流器a相的出线端子；旁路电抗器(L3)的一端、氧化锌过电压吸收器(ZnO2)的一端、二极管(D2)的阳极、二极管(D5)的阴极接在一起，构成限流器b相的出线端子；旁路电抗器(L4)的一端、氧化锌过电压吸收器(ZnO3)的一端、二极管(D3)的阳极、二极管(D6)的阴极接在一起，构成限流器c相的出线端子；旁路电抗器(L2、L3、L4)的另一端和氧化锌过电压吸收器(ZnO1、ZnO2、ZnO3)的另一端接在一起。

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