專(zhuān)利名稱(chēng)：一種故障電流限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)需使用可控電力電子器件的故障電流限制器。
背景技術(shù)：
故障電流限制器就是用來(lái)限制故障電流的一種設(shè)備。目前比較實(shí)用的故障電流限制器如圖1所示，它主要由三部分組成一個(gè)快速動(dòng)作的GTO開(kāi)關(guān)(包括GTO開(kāi)關(guān)的緩沖吸收電路SNB)，一個(gè)限制電流的阻抗L，一個(gè)氧化鋅避雷器Y，此外有一套檢測(cè)電流的裝置和一套控制裝置(圖中未示出)。GTO開(kāi)關(guān)由電流的上升率驅(qū)動(dòng)，在幾十微秒內(nèi)可轉(zhuǎn)化為斷開(kāi)狀態(tài)，并可斷開(kāi)很大的電流。正常工作時(shí)，GTO開(kāi)關(guān)處于完全導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，GTO迅速斷開(kāi)，故障電流流過(guò)限流阻抗，氧化鋅避雷器將限制限流阻抗兩端的電壓上升速度，并且電壓加在阻抗兩端，從而限制了故障電流。但這種裝置目前只局限于小容量，因而大多用于配電網(wǎng)，而用于大容量的輸電網(wǎng)時(shí)，存在如下兩個(gè)問(wèn)題(1)GTO額定電壓和額定電流低。在高電壓電力電路中使用時(shí)必須采用多管串聯(lián)(提高電壓)、并聯(lián)(增大電流)的方法。這就要求更為復(fù)雜、可靠的GT0驅(qū)動(dòng)和同步控制技術(shù)，否則裝置將無(wú)法正常工作。
(2)GTO的通態(tài)損耗大。目前大功率GTO的通態(tài)壓降約為1.7V，流過(guò)1000A的負(fù)荷電流時(shí)的損耗約為1.7kW，因此在高電壓大電流的回路中采用多個(gè)GTO串、并聯(lián)時(shí)，損耗相當(dāng)可觀，這就要求具有良好的散熱裝置。
目前上述兩個(gè)問(wèn)題都沒(méi)有得到很好的解決，因此限制了這種結(jié)構(gòu)的故障電流限制器的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可用于輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的故障電流限制器，改變已有技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)，以便在無(wú)需使用可控電力電子器件的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)故障電流的限制。
本發(fā)明提出的一種故障電流限制器，由工作于電網(wǎng)電壓正半周的限流單元和工作于電網(wǎng)電壓負(fù)半周的限流單元構(gòu)成；其中，所述工作于電網(wǎng)電壓正半周的限流單元，包括兩個(gè)工作于電網(wǎng)電壓正半周的快恢復(fù)二極管D1、DP1；一個(gè)限流電感LP1和一個(gè)限流電阻R1；為限流回路提供直流偏置電流的三相不控整流橋RCT1，以及一個(gè)為三相不控整流橋提供交流輸入的調(diào)壓變壓器T1；其中所述快恢復(fù)二極管DP1、限流電感LP1、限流電阻R1和三相不控整流橋RCT1的直流輸出端連接成一個(gè)直流偏置環(huán)，快恢復(fù)二極管D1與所述直流偏置環(huán)串接；所述工作于電網(wǎng)電壓負(fù)半周的限流單元，包括兩個(gè)工作于電網(wǎng)電壓負(fù)半周的快恢復(fù)二極管D2、DP2；一個(gè)限流電感LP2和一個(gè)限流電感R2；為限流回路提供直流偏置電流的三相不控整流橋RCT2，以及一個(gè)為三相不控整流橋提供交流輸入的調(diào)壓變壓器T2；其中快恢復(fù)二極管DP2、限流電感LP2、限流電感R2和三相不控整流橋RCT2的直流輸出端連接成一個(gè)直流偏置環(huán)，快恢復(fù)二極管D2與所述直流偏置環(huán)串接。
本發(fā)明具有以下效果和優(yōu)點(diǎn)1、從電路結(jié)構(gòu)上看，不使用昂貴的可控電力電子器件，也就沒(méi)有復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)、控制和緩沖吸收電路，使得裝置結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，成本大幅降低。
2、電路可以變化使用。兩個(gè)不控整流橋可以根據(jù)不同的使用場(chǎng)合決定是否工作當(dāng)對(duì)諧波要求不高時(shí)，可以將不控整流橋退出運(yùn)行，這樣裝置更為簡(jiǎn)單；當(dāng)對(duì)諧波要求較高時(shí)，可將不控整流橋投入運(yùn)行，為限流回路提供直流偏置電流。
3、通過(guò)調(diào)整調(diào)壓變壓器的分接頭來(lái)調(diào)節(jié)直流偏置電流，從而適應(yīng)不同的負(fù)荷工況。
綜上所述，本發(fā)明提出的故障電流限制器，不使用可控的電力電子器件既滿足限制故障電流的要求，又降低了成本，提高了裝置的利用效率。


圖1是已有的故障電流限制器電路圖。
圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的新型故障電流限制器的電路圖。
圖3是利用本發(fā)明在有直流偏置電流時(shí)的故障電流限制效果圖。
圖4是利用本發(fā)明在無(wú)直流偏置電流時(shí)的故障電流限制效果圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的故障電流限制器，結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下本發(fā)明的電路如圖2所示，其中，1是工作于電網(wǎng)電壓正半周的限流單元，2是工作于電網(wǎng)電壓負(fù)半周的限流單元；其中，工作于電網(wǎng)電壓正半周的限流單元，包括兩個(gè)工作于電網(wǎng)電壓正半周的快恢復(fù)二極管D1、DP1；一個(gè)限流電感LP1和一個(gè)限流電阻R1；為限流回路提供直流偏置電流的三相不控整流橋RCT1，以及一個(gè)為三相不控整流橋提供交流輸入的調(diào)壓變壓器T1；其中所述快恢復(fù)二極管DP1、限流電感LP1、限流電阻R1和三相不控整流橋RCT1的直流輸出端連接成一個(gè)直流偏置環(huán)，快恢復(fù)二極管D1與所述直流偏置環(huán)串接；所述工作于電網(wǎng)電壓負(fù)半周的限流單元，包括兩個(gè)工作于電網(wǎng)電壓負(fù)半周的快恢復(fù)二極管D2、DP2；一個(gè)限流電感LP2和一個(gè)限流電感R2；為限流回路提供直流偏置電流的三相不控整流橋RCT2，以及一個(gè)為三相不控整流橋提供交流輸入的調(diào)壓變壓器T2；其中快恢復(fù)二極管DP2、限流電感LP2、限流電感R2和三相不控整流橋RCT2的直流輸出端連接成一個(gè)直流偏置環(huán)，快恢復(fù)二極管D2與所述直流偏置環(huán)串接。
以下介紹本發(fā)明的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的工作原理由于1、2分別工作于電網(wǎng)電壓的正、負(fù)半周，電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，參數(shù)完全一樣，因此只需分析限流單元1即可。
有直流偏置電流情況下正常工作時(shí)電路狀態(tài)分析由不控整流橋獲得的直流電壓Ue1將在限流回路中產(chǎn)生直流偏置電流，此電流的大小為 若is1<Ue1R1,]]>則iLP1=Ue1R1,]]>流過(guò)限流電感LP1的電流將被限制為直流偏置電流，那么流過(guò)二極管DP1上的電流為iL1＝iLP1-is1由于iL1＞0，DP1上流過(guò)正向電流，其兩端電壓UAB＝0，所以負(fù)載上的電壓就是電網(wǎng)電壓Us。因此，在正常運(yùn)行時(shí)，二極管DP1必須要導(dǎo)通，這樣才能保證負(fù)載上的電壓為正常值，這就要求直流偏置電流iLP1必須大于is1。
有直流偏置電流情況下故障時(shí)電路狀態(tài)分析當(dāng)如圖2中E點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，由于短路電流is1大于直流偏置電流iLP1，因此iLP1將會(huì)隨著故障電流上升，但是由于電感LP1的限流作用，iLP1不會(huì)突變，而是平緩上升，短路電流通過(guò)限流電感和限流電阻流向短路點(diǎn)，電網(wǎng)電壓幾乎全部降在限流電感和限流電阻上，短路電流得到了抑制。
利用本發(fā)明在有直流偏置電流時(shí)的故障電流限流效果如圖3a所示，在有直流偏置電流時(shí)的電壓波形如圖3b所示；圖3a中，Is是系統(tǒng)電流，用帶有小方塊的曲線表示；iL1是流過(guò)二極管DP1的電流，用帶有倒三角的曲線表示；iLP1是流過(guò)限流電感LP1的電流，用帶有正三角的曲線；圖3b中UL是負(fù)載電壓用帶有小方塊的線表示；Uab是二極管DP1兩端的電壓用帶有正三角的線。
在無(wú)直流偏置電流情況下電路狀態(tài)分析由于沒(méi)有直流偏置電流，正常運(yùn)行時(shí)，二極管DP1的狀態(tài)取決于iLP1的變化。當(dāng)iLP1跟隨is1而變化，即iLP1＝is1時(shí)，流過(guò)二極管DP1的電流iL1＝0，這時(shí)DP1將截止，UAB≠0；當(dāng)iLP1等于is1峰值時(shí)后is1將下降，由于限流電感LP1的作用，iLP1不隨is1變化，而是通過(guò)DP1和R1衰減，這時(shí)iL1將緩慢上升，DP1導(dǎo)通，UAB＝0，這就是說(shuō)，在這種情況下，UAB不會(huì)時(shí)時(shí)為零，在DP1截止時(shí)，UAB≠0，這就使得負(fù)載電壓出現(xiàn)畸變，產(chǎn)生諧波，但這個(gè)畸變量相對(duì)于電網(wǎng)電壓來(lái)說(shuō)還是很小的(配電網(wǎng)電壓一般為10kV，UAB只有幾十伏)，因此在對(duì)諧波無(wú)特別嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，這種結(jié)構(gòu)的故障電流限制器是可行的。
故障時(shí)的狀態(tài)同有直流偏置電流情況下故障時(shí)電路狀態(tài)一樣，在無(wú)直流偏置電流時(shí)的故障電流限流效果如圖4a所示，在無(wú)直流偏置電流時(shí)的電壓波形如圖4b所示；圖4a中，Is是系統(tǒng)電流，用帶有小方塊的曲線表示；iL1是流過(guò)二極管DP1的電流，用帶有倒三角的曲線表示；iLP1是流過(guò)限流電感LP1的電流，用帶有正三角的曲線；圖4b中UL是負(fù)載電壓用帶有小方塊的線表示；Uab是二極管DP1兩端的電壓用帶有正三角的線。
由于電路的對(duì)稱(chēng)及元件參數(shù)的完全一致，限流單元2在電網(wǎng)電壓負(fù)半周時(shí)的電路狀態(tài)分析完全類(lèi)似于限流單元1。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中參數(shù)如下電網(wǎng)電壓Us＝1000V；系統(tǒng)阻抗Zs＝2Ω；負(fù)載RL＝10Ω；XL＝3.14Ω限流電感LP1＝LP2＝10mH；限流電阻R1＝R2＝0.1Ω；直流偏置電流為200A本實(shí)施例中的快恢復(fù)二極管D1、D2、DP1、DP2，不控整流橋RCT、RCT2以及調(diào)壓變壓器T1、T2均采用成熟常規(guī)產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種故障電流限制器，其特征在于，由工作于電網(wǎng)電壓正半周的限流單元和工作于電網(wǎng)電壓負(fù)半周的限流單元構(gòu)成；其中，所述工作于電網(wǎng)電壓正半周的限流單元，包括兩個(gè)工作于電網(wǎng)電壓正半周的快恢復(fù)二極管(D1、DP1)；一個(gè)限流電感(LP1)和一個(gè)限流電阻(R1)；為限流回路提供直流偏置電流的三相不控整流橋(RCT1)，以及一個(gè)為三相不控整流橋提供交流輸入的調(diào)壓變壓器(T1)；其中所述快恢復(fù)二極管(DP1)、限流電感(LP1)、限流電阻(R1)和三相不控整流橋(RCT1)的直流輸出端連接成一個(gè)直流偏置環(huán)，快恢復(fù)二極管(D1)與所述直流偏置環(huán)串接；所述工作于電網(wǎng)電壓負(fù)半周的限流單元，包括兩個(gè)工作于電網(wǎng)電壓負(fù)半周的快恢復(fù)二極管(D2、DP2)；一個(gè)限流電感(LP2)和一個(gè)限流電感(R2)；為限流回路提供直流偏置電流的三相不控整流橋(RCT2)，以及一個(gè)為三相不控整流橋提供交流輸入的調(diào)壓變壓器(T2)；其中快恢復(fù)二極管(DP2)、限流電感(LP2)、限流電感(R2)和三相不控整流橋(RCT2)的直流輸出端連接成一個(gè)直流偏置環(huán)，快恢復(fù)二極管(D2)與所述直流偏置環(huán)串接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種故障電流限制器，屬電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。包括兩個(gè)工作于電網(wǎng)電壓正、負(fù)半周的限流單元，分別由兩個(gè)快恢復(fù)二極管，一個(gè)限流電感和一個(gè)限流電阻和為限流回路提供直流偏置電流的三相不控整流橋以及一個(gè)為三相不控整流橋提供交流輸入的調(diào)壓變壓器組成。本發(fā)明可根據(jù)不同的負(fù)荷容量，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器的分接頭來(lái)改變不控整流橋輸出電壓，從而改變限流回路的直流偏置電流，使得正常工作時(shí)的負(fù)荷電流不通過(guò)限流電感和電阻，而當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流將通過(guò)限流電感和電阻，從而限制短路電流。本發(fā)明不使用昂貴的可控電力電子器件，只需使用相對(duì)低廉二極管，因而成本大大降低，是一種很實(shí)用的故障電流限流裝置。
文檔編號(hào)H02H9/02GK1588740SQ20041008028
公開(kāi)日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者姜齊榮, 黃瑋 申請(qǐng)人:清華大學(xué)