專利名稱：一種故障電流限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)短路故障限流研究領(lǐng)域，特別是涉及一種基于高壓開關(guān)預(yù)擊穿原理的串聯(lián)諧振型故障電流限制器。
背景技術(shù)：
隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的迅速發(fā)展，一些發(fā)達(dá)地區(qū)超高壓(220kV及500kV)電網(wǎng)的短路電流水平日增，可達(dá)到60kA甚至80kA以上，不但使電網(wǎng)無高壓斷路器可以選用，也造成相關(guān)電力設(shè)備熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)過大，影響電網(wǎng)安全。由此帶來的對(duì)通訊系統(tǒng)的電磁干擾以及跨步電壓等問題也日益嚴(yán)重。在諸多限制短路電流的技術(shù)和措施中，故障電流限制器是一種重要設(shè)備。
在近期或中遠(yuǎn)期，超導(dǎo)型故障電流限制器由于技術(shù)上的不夠成熟，可靠性尚需多方面的研究以及經(jīng)濟(jì)上花費(fèi)太大等原因，目前尚難付諸實(shí)用，因而人們轉(zhuǎn)而關(guān)注非超導(dǎo)型故障電流限制器，其中串聯(lián)諧振型故障電流限制器在各項(xiàng)性能指標(biāo)中明顯居于首位。2003年美國IEEE的電力與能源期刊(IEEE Transactions on Power and Energy Magazine)在第5期的第26～30頁，報(bào)道了電力電子式的串聯(lián)諧振型故障電流限制器，采用高壓大容量電力電子器件(如晶閘管等)作為電容器的短路設(shè)備，但這種限流器目前在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需要增設(shè)極快速多重繼電保護(hù)、運(yùn)行可靠性較差、造價(jià)昂貴等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠性高、價(jià)格低廉和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能好的基于高壓開關(guān)預(yù)擊穿原理的串聯(lián)諧振型故障電流限制器。
本實(shí)用新型是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的一種故障電流限制器，包括電容器、電感器，其特征是它還包括預(yù)擊穿型高壓開關(guān)、限流電感，電容器與電感器組成串聯(lián)諧振電路，預(yù)擊穿型高壓開關(guān)與限流電感串聯(lián)，串有限流電感的預(yù)擊穿型高壓開關(guān)作為電容器的短路元件。當(dāng)系統(tǒng)突發(fā)短路產(chǎn)生的大電流通過故障電流限制器時(shí)，電容器上的電壓將迅速上升，在短時(shí)內(nèi)超過預(yù)擊穿型高壓開關(guān)觸頭間的擊穿電壓，引起觸頭間的擊穿現(xiàn)象將電容器短路，從而打破正常工作條件下的串聯(lián)諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)短路故障電流的抑制，同時(shí)預(yù)擊穿型高壓開關(guān)快速合閘，以免觸頭遭受強(qiáng)電流電弧較長時(shí)間燒損。預(yù)擊穿型高壓開關(guān)串聯(lián)的限流電感用于限制預(yù)擊穿電流。故障切除后，預(yù)擊穿型高壓開關(guān)即刻分閘，電路恢復(fù)諧振狀態(tài)。
上述故障電流限制器，其特征是電容器并聯(lián)的預(yù)擊穿型高壓開關(guān)的斷口正常工作電壓為6kV，斷口擊穿電壓為12-18kV。
上述故障電流限制器，其特征是預(yù)擊穿型高壓開關(guān)的合、分閘操作，由通過預(yù)擊穿電流控制的電磁鐵自動(dòng)完成；觸頭間隙擊穿通流時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生吸力，使預(yù)擊穿型高壓開關(guān)迅速合閘；短路電流消失后，吸力減小，預(yù)擊穿型高壓開關(guān)自動(dòng)分閘。
本實(shí)用新型的有益效果是不需電力電子器件及其控制設(shè)備，預(yù)擊穿型高壓開關(guān)可由一般負(fù)荷開關(guān)改進(jìn)設(shè)計(jì)而成，無技術(shù)難點(diǎn)，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)施簡(jiǎn)便、價(jià)格便宜、可靠性高、無需另設(shè)繼電保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型的電路原理和實(shí)施接線圖。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例(單相220kV系統(tǒng))的一個(gè)仿真試驗(yàn)電路圖。
圖3是仿真試驗(yàn)中電容器不裝設(shè)預(yù)擊穿型高壓開關(guān)時(shí)突發(fā)短路的短路電流波形。
圖4是仿真試驗(yàn)中電容器不裝設(shè)預(yù)擊穿型高壓開關(guān)時(shí)突發(fā)短路的電容電壓波形。
圖5是仿真試驗(yàn)中電容器并聯(lián)預(yù)擊穿型高壓開關(guān)后突發(fā)短路時(shí)的短路電流波形。
圖中，1為電容器，2為電感器，3為預(yù)擊穿型高壓開關(guān)，4為限流電感，5為限流器等效電阻，6為220kV系統(tǒng)單相電壓源，7為電源電阻，8為電源電感。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型的一個(gè)最佳實(shí)施例。
本實(shí)用新型的實(shí)施接線按圖1原理進(jìn)行，其中電容器1為1072μF；電感器2為10mH；預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3的斷口正常工作電壓為6kV，工頻擊穿電壓范圍為12-18kV；限流電感4為1mH。電容器1與電感器2組成串聯(lián)諧振電路，串有限流電感4的預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3作為電容器1的短路元件。
當(dāng)系統(tǒng)突發(fā)短路產(chǎn)生的大電流通過故障電流限制器時(shí)，電容器上的電壓將迅速上升，在短時(shí)內(nèi)超過預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3的擊穿電壓，引起觸頭間的擊穿現(xiàn)象將電容器短路，從而打破正常工作條件下的串聯(lián)諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)短路故障電流的抑制，同時(shí)預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3的控制電磁鐵自動(dòng)完成合閘操作，以免觸頭遭受強(qiáng)電流電弧較長時(shí)間燒損。預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3串聯(lián)的限流電感4用于限制預(yù)擊穿電流。故障切除后，預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3的控制電磁鐵自動(dòng)完成分閘操作，電路恢復(fù)諧振狀態(tài)。
圖2為顯示本實(shí)用新型實(shí)施例中(220kV系統(tǒng))限流效果的一個(gè)仿真試驗(yàn)電路。其中限流器等效電阻5為0.225Ω；220kV系統(tǒng)單相電壓源6為127kV；電源電阻7為0.225Ω；電源電感8為10mH。仿真試驗(yàn)分為兩種情形(1)模擬電容器沒有并聯(lián)預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3和限流電感4時(shí)系統(tǒng)突發(fā)短路的電流和電壓波形。圖3為短路電流波形，電流19kA/格，時(shí)間0.015s/格；圖4為電容電壓波形，電壓87.5kV/格，時(shí)間0.01s/格。此時(shí)短路電流出現(xiàn)拍頻現(xiàn)象，峰值近90kA；電容器上電壓上升極快，在幾個(gè)ms內(nèi)即可達(dá)到幾十kV。分析表明，無論短路相位如何，只要設(shè)計(jì)電容的短路裝置在4-5ms內(nèi)動(dòng)作，短路電流有效值均可由40kA限制在20kA(相應(yīng)的短路電流峰值為20kA×2.55＝51kA)以內(nèi)，而且可以保護(hù)電容器不被擊穿。這是設(shè)計(jì)預(yù)擊穿型高壓開關(guān)的基礎(chǔ)所在。
(2)模擬電容器上并聯(lián)預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3和限流電感4后系統(tǒng)突發(fā)短路時(shí)的短路電流波形，其中并聯(lián)的預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3的斷口擊穿電壓瞬時(shí)值為25kV。圖5為短路電流波形，電流10kA/格，時(shí)間0.02s/格。此時(shí)短路電流(有效值)小于20kA，且無非周期分量，本實(shí)用新型表現(xiàn)為良好的限流特性。
本實(shí)用新型中預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3需要特別設(shè)計(jì)，其性能參數(shù)和控制方式如下(1)斷口正常工作電壓6kV；(2)斷口擊穿工頻電壓12-18kV；(3)對(duì)地及相間額定電壓220kV；(4)額定電流0A；(5)短時(shí)耐受電流峰值51kA；(6)3秒短時(shí)耐受電流20kA；(7)額定關(guān)合電流峰值25kA；(8)額定開斷電流4kA；(9)分閘、合閘時(shí)間無特殊要求。
預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3的合、分閘操作，由通過預(yù)擊穿電流控制的電磁鐵自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。觸頭間隙擊穿通流時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生吸力，使預(yù)擊穿型高壓開關(guān)3自動(dòng)合閘；短路電流消失后，吸力減小，預(yù)擊穿型高壓開關(guān)自動(dòng)分閘。
權(quán)利要求1.一種故障電流限制器，包括電容器[1]、電感器[2]，其特征是它還包括預(yù)擊穿型高壓開關(guān)[3]、限流電感[4]，電容器[1]與電感器[2]組成串聯(lián)諧振電路，預(yù)擊穿型高壓開關(guān)[3]與限流電感[4]串聯(lián)，串有限流電感[4]的預(yù)擊穿型高壓開關(guān)[3]作為電容器[1]的短路元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電流限制器，其特征是電容器[1]并聯(lián)的預(yù)擊穿型高壓開關(guān)[3]的斷口正常工作電壓為6kV，斷口擊穿電壓為12-18kV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障電流限制器，其特征是預(yù)擊穿型高壓開關(guān)[3]的合、分閘操作，由通過預(yù)擊穿電流的電磁鐵自動(dòng)控制。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于高壓開關(guān)預(yù)擊穿原理的串聯(lián)諧振型故障電流限制器。本實(shí)用新型的特征是電容器與電感器組成串聯(lián)諧振電路，預(yù)擊穿型高壓開關(guān)作為并聯(lián)短路元件，開關(guān)串有限流電感。系統(tǒng)突發(fā)短路時(shí)引起電容器電壓迅速上升并超過開關(guān)觸頭間的擊穿電壓，導(dǎo)致觸頭間擊穿現(xiàn)象將電容器短路，打破串聯(lián)諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)短路電流的抑制。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、實(shí)施簡(jiǎn)便、價(jià)格便宜、可靠性高、無需另設(shè)繼電保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02H3/08GK2674738SQ20042003842
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月19日
發(fā)明者李慶民, 錢家驪, 關(guān)永剛, 劉衛(wèi)東 申請(qǐng)人:山東大學(xué)