專利名稱：一種新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電力系統(tǒng)的故障限流器，尤其是一種新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)張和電網(wǎng)互聯(lián)發(fā)展，電網(wǎng)中短路電流水平不斷增加，不斷升級(jí)的短路故障對(duì)電網(wǎng)中電氣設(shè)備造成越來(lái)越嚴(yán)重的破壞，同時(shí)也逐漸超過(guò)了電力線路中起故障保護(hù)作用的斷路器的分?jǐn)嗳萘?，?duì)系統(tǒng)運(yùn)行安全造成嚴(yán)重威脅。為確保系統(tǒng)運(yùn)行安全，需要不斷提高系統(tǒng)中變壓器、發(fā)電機(jī)、斷路器、母線等電氣設(shè)備的容量，導(dǎo)致系統(tǒng)中電氣設(shè)備的體積、重量和成本的不斷增加。為了有效限制短路電流，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行，同時(shí)有效降低系統(tǒng)設(shè)備投資，國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)先后推出了各種類型的短路限流器。一般的，系統(tǒng)對(duì)限流器有如下要求掛網(wǎng)后，正常運(yùn)行時(shí)低阻抗或零阻抗，故障限流時(shí)其限流阻 抗能夠?qū)⒍搪废蘖飨拗圃陬A(yù)設(shè)值之內(nèi)，故障發(fā)生時(shí)快速響應(yīng)，插入系統(tǒng)限流，自身故障后不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，體積小，重量輕，成本低。在各類短路限流器中，最受關(guān)注，最具有應(yīng)用前景的為兩類限流器超導(dǎo)限流器和固態(tài)限流器。超導(dǎo)限流器根據(jù)其在限流過(guò)程中是否利用超導(dǎo)體的失超特性分為不失超型和失超型兩大類。不失超型超導(dǎo)限流器中比較有代表性的為主動(dòng)飽和型超導(dǎo)限流器，如圖I所示，它由鐵心、交流繞組、直流超導(dǎo)繞組、直流電源、磁能釋放回路及其控制電路組成。在正常通流態(tài)，直流磁勢(shì)使鐵心深度飽和，串入輸電線路的交流繞組呈現(xiàn)低感抗，故兩端壓降很小，對(duì)于正常輸電無(wú)不利影響；在短路故障發(fā)生后，電流劇增，監(jiān)控系統(tǒng)立即感知故障并借助于直流控制電路中的電力電子開關(guān)(由IGBT或IGCT組成)切斷直流勵(lì)磁電流，直流繞組中存貯的磁能通過(guò)磁能釋放回路釋放為零，兩個(gè)鐵心均脫離深度飽和狀態(tài)，故障電流在兩個(gè)交流繞組上都將產(chǎn)生大的限流感應(yīng)電勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)限流。飽和鐵心型超導(dǎo)限流器主要通過(guò)直流繞組控制鐵心的飽和程度來(lái)改變其在正常運(yùn)行和故障限流狀態(tài)下的阻抗，實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行時(shí)低阻抗，故障限流時(shí)高阻抗。在系統(tǒng)短路容量較大時(shí)，為使鐵心不會(huì)發(fā)生飽和，交流繞組匝數(shù)不能太多，同時(shí)鐵心截面積需要足夠大，以保證所需的限流電抗值，這無(wú)疑會(huì)大幅增加限流器的體積和成本。另外限流器自身無(wú)法對(duì)故障自動(dòng)響應(yīng)，需要外部監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)和判斷故障的發(fā)生，這一方面對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性提出了很高的要求，另一方面，使限流動(dòng)作存在一定時(shí)間的延時(shí)，降低了其自身的限流效果。失超型超導(dǎo)限流器包括變壓器型、三相電抗器型、電阻型和屏蔽型超導(dǎo)限流器，其中屏蔽型超導(dǎo)限流器目前最具有應(yīng)用前景。如圖2所示，屏蔽型超導(dǎo)限流器，由外側(cè)的銅線圈、中間的超導(dǎo)圓筒及內(nèi)側(cè)的鐵心同軸裝配而成，其中銅線圈為限流繞組，串聯(lián)接入電路。正常運(yùn)行期間，超導(dǎo)圓筒為超導(dǎo)態(tài)，銅線圈產(chǎn)生的磁通將在短路的超導(dǎo)圓筒上感應(yīng)出屏蔽電流，所產(chǎn)生的磁通抵消銅線圈所產(chǎn)生的磁通，裝置的阻抗僅由銅線圈和超導(dǎo)筒間的氣隙漏磁通所決定，表現(xiàn)出低阻抗。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，超導(dǎo)圓筒因感應(yīng)的電流很快增大到臨界值而失超，其電阻迅速增大，超導(dǎo)筒不能再屏蔽銅線圈的磁通，裝置的阻抗增大，從而對(duì)故障電流起限制作用。屏蔽型超導(dǎo)限流器雖然可利用超導(dǎo)體的失超特性自動(dòng)對(duì)故障做出響應(yīng)并快速投入限流，但仍然同飽和鐵心型超導(dǎo)限流器一樣存在高短路容量下鐵心過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)在系統(tǒng)故障切除后超導(dǎo)屏蔽筒由失超態(tài)到超導(dǎo)態(tài)需要較長(zhǎng)的恢復(fù)時(shí)間，這將對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性造成一定影響。固態(tài)限流器由常規(guī)電抗器、電子電子器件和控制器構(gòu)成，可以根據(jù)需要構(gòu)成不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)控制電子電子器件的工作狀態(tài)，來(lái)改變固態(tài)限流器件的等效阻抗，從而達(dá)到限制短路電流的目的。固態(tài)限流器目前則有GTO開關(guān)式、諧振式、可變阻抗式、混合式、橋式固態(tài)限流器等幾類。固態(tài)限流器具有可靠、快速、低成本的優(yōu)點(diǎn)，特別是橋式固態(tài)限流器，可根據(jù)系統(tǒng)不同的運(yùn)行方式，靈活改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且具有對(duì)故障自動(dòng)響應(yīng)，無(wú)延時(shí)快速限流的特點(diǎn)。中國(guó)專利02265208. 6公開的具有旁路電感的短路故障限流器提出了單相和三相兩種具有旁路電感的變壓器耦合型橋式固態(tài)限流器，圖3給出了其單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，限流器通過(guò)耦合變壓器TRl接入系統(tǒng)，旁路電感Lp并聯(lián)在耦合變壓器原邊，由晶閘管Tl、T2、T3及T4組成的單相整流橋并聯(lián)在耦合變壓器TRl副邊，直流限流電抗器Ld并聯(lián)在單相整流橋的直流輸出端；圖4給出了該限流器的三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，限流器通過(guò)三相耦合變壓器TR2接入系 統(tǒng)，三個(gè)旁路電感L6并聯(lián)于三相耦合變壓器每相原邊，耦合變壓器TR2副邊并接由晶閘管T1、T2、T3、T4、T5、T6組成的三相整流橋，T7、T8組成續(xù)流橋臂，直流限流電抗器Ld并接于三相整流橋的直流輸出端。對(duì)于上述兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，正常運(yùn)行時(shí)，副邊橋路運(yùn)行于全開通狀態(tài)，變壓器副邊相當(dāng)于短路，變壓器原邊僅有其漏抗壓降串聯(lián)于系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)影響很小。系統(tǒng)發(fā)生故障后，變壓器副邊直流限流電抗無(wú)延時(shí)的插入線路限流，有效限制短路電流第一波峰及其電流上升率，同時(shí)當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)快速監(jiān)測(cè)并判斷出故障后，控制副邊橋路退出運(yùn)行，變壓器副邊相當(dāng)于開路，變壓器等效于一勵(lì)磁電抗串入系統(tǒng)，由于該變壓器為一常規(guī)變壓器，勵(lì)磁電抗較大，短路電流完全由旁路電感來(lái)限制。上述故障限流器中的耦合變壓器，須按照系統(tǒng)額定容量(額定電壓及額定電流)來(lái)設(shè)計(jì)，同時(shí)為了保障正常運(yùn)行時(shí)不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，須盡可能增大變壓器勵(lì)磁電抗以增大變壓器原副邊耦合度，以降低變壓器原邊漏抗壓降，這樣會(huì)導(dǎo)致變壓器體積龐大，限制限流器的推廣應(yīng)用。為有效克服上述限流器的缺點(diǎn)，中國(guó)專利200420022582. 5公開了一種新型電力電子型短路限流器，如圖5、6所示，分別用單相和三相變阻抗變壓器替代了專利02265208.6中提出的限流器中常規(guī)單相和三相變壓器及旁路電感。該限流器不僅省去了旁路電感，而且完全利用變阻抗變壓器的勵(lì)磁阻抗來(lái)限制短路電流，所以變壓器勵(lì)磁電抗只需要根據(jù)限流預(yù)設(shè)值來(lái)設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)小于常規(guī)變壓器的勵(lì)磁電抗。同時(shí)該限流器要求變壓器在短路限流時(shí)鐵心深度飽和，以降低原副邊繞組的耦合度，從而有效降低副邊橋路晶閘管的電壓等級(jí)，為此變壓器鐵心截面積可大幅度降低，變壓器體積、重量及成本也可下降顯著。但是應(yīng)該看到，該變阻抗變壓器由于在短路限流時(shí)，鐵心深度飽和，尤其在短路電流過(guò)大時(shí)，鐵心磁導(dǎo)率接近于空氣，為了使勵(lì)磁電抗有效限制短路電流，必須增加繞組匝數(shù)以保證勵(lì)磁電抗達(dá)到限流所需要求值，這將會(huì)同時(shí)增大變壓器的原邊漏抗，對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來(lái)一定影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器，分為新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一種新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括單相三繞組空心變壓器、單相限流橋路，
所述的單相限流橋路包括單相整流橋及一個(gè)直流電抗器，單相整流橋由四個(gè)晶閘管組成，上橋臂的兩個(gè)晶閘管組成共陰極，下橋臂的兩個(gè)晶閘管組成共陽(yáng)極，直流電抗器并接于單相整流橋共陰極和共陽(yáng)極之間；
單相三繞組空心變壓器三套線圈同軸安裝于骨架，中間和內(nèi)側(cè)繞組分別為一側(cè)繞組和二次繞組，一次繞組串接于系統(tǒng)電源與負(fù)荷之間，二次繞組接單相限流橋路，外側(cè)線圈為三次繞組； 所述的三相多繞組變壓器每相由多層繞組同軸安裝而成，采用空心式結(jié)構(gòu)；
所述的三次繞組由高溫超導(dǎo)材料制成的屏蔽筒構(gòu)成。一種新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括三相三繞組空心變壓器、三相限流橋路，
所述的三相限流橋路包括三相整流橋、續(xù)流橋臂和一個(gè)直流電抗器，三相整流橋由六個(gè)晶閘管組成，上橋臂三個(gè)晶閘管組成共陰極，下橋臂三個(gè)晶閘管組成共陽(yáng)極，續(xù)流橋臂由兩個(gè)順極性串聯(lián)的晶閘管組成，同時(shí)直流電抗器共同并接于三相整流橋的共陰極和共陽(yáng)極兩點(diǎn)之間；
三相三繞組空心變壓器每相三套線圈同軸安裝于骨架，中間和內(nèi)側(cè)繞組分別為一側(cè)繞組和二次繞組，三相一次繞組串接于三相系統(tǒng)電源與負(fù)荷之間，三相二次繞組接三相限流橋路，外側(cè)線圈為三次繞組；
所述的三相多繞組變壓器每相由多層繞組同軸安裝而成，采用空心式結(jié)構(gòu)；
所述的三次繞組由高溫超導(dǎo)材料制成的屏蔽筒構(gòu)成。Us為系統(tǒng)電源電壓，R1及Xsl為變壓器一次繞組的電阻及漏感，R； =H122R2, Xs;=n122Xs2，n12為一、二次繞組的等效電壓變比，R2’及Xs2’分別為二次繞組歸算至一次側(cè)的電阻和漏感值，R3’ = H132R3及X3’ = H132X3, n13為一、三次繞組間等效電壓變比，R3’及X3’為三次繞組歸算至一次側(cè)的電阻和漏感，XmS變壓器的勵(lì)磁電抗，A為負(fù)載阻抗。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于超導(dǎo)筒處于超導(dǎo)態(tài)，根據(jù)超導(dǎo)體的零電阻特性及完全抗磁特性，R3’及X3’均可視為零，此時(shí)限流器阻抗完全由一次繞組電阻R1及漏抗Xsl決定，由于“短接”的二次繞組及超導(dǎo)筒分別對(duì)一次繞組的內(nèi)外側(cè)的磁通屏蔽作用，Xsl ^ 0，限流器阻抗則僅由R1來(lái)決定，其值非常小，可完全忽略不計(jì)，因此系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)限流器壓降也可完全忽略不計(jì)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，超導(dǎo)筒失超，電阻R3’及X3’迅速增大，二次繞組在故障后半個(gè)周波內(nèi)開路，之后二、三次繞組失去對(duì)一次繞組磁屏蔽作用，Xsl迅速增大，此時(shí)限流器的限流阻抗Zlimit則主要由Xsl、Xm、R3’及X3’共同決定，設(shè)計(jì)中取Xm R3’、X3’，則Zlimit ^ Xsl+Xm，即限流阻抗完全由一次繞組電抗所決定，因此可以通過(guò)設(shè)計(jì)一次繞組的尺寸及匝數(shù)來(lái)達(dá)到系統(tǒng)限流預(yù)設(shè)值。本發(fā)明的有益效果
1、正常運(yùn)行時(shí)壓降極低，對(duì)系統(tǒng)幾乎無(wú)影響；
2、故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)響應(yīng)，并快速限流；
3、故障切除后，恢復(fù)時(shí)間較短，能迅速由限流態(tài)切換至正常態(tài)，有利于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的提聞;
4、變壓器采用空心結(jié)構(gòu)，故障期間均不會(huì)發(fā)生飽和，不存在因磁飽和而產(chǎn)生的尖峰，二次側(cè)電壓等級(jí)較低。5、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。



圖I主動(dòng)飽和型超導(dǎo)限流器；
圖2為屏蔽型超導(dǎo)限流器；
圖3為具有旁路電感的變壓器耦合型橋式固態(tài)限流器單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖4為具有旁路電感的變壓器耦合型橋式固態(tài)限流器三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖5為新型電力電子型短路限流器單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖6為新型電力電子型短路限流器三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖7為新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖8為新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖9為新型磁屏蔽空心單相三繞組變壓器；
圖10為新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器等效電路。
具體實(shí)施例方式如圖7、圖9所示，一種新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括單相三繞組空心變壓器、單相限流橋路，
單相限流橋路包括單相整流橋及一個(gè)直流電抗器，單相整流橋由四個(gè)晶閘管組成，上橋臂的兩個(gè)晶閘管組成共陰極，下橋臂的兩個(gè)晶閘管組成共陽(yáng)極，直流電抗器并接于單相整流橋共陰極和共陽(yáng)極之間；
單相三繞組空心變壓器三套線圈同軸安裝于骨架，中間和內(nèi)側(cè)繞組分別為一側(cè)繞組和二次繞組，一次繞組串接于系統(tǒng)電源與負(fù)荷之間，二次繞組接單相限流橋路，外側(cè)線圈為三次繞組；
三相多繞組變壓器每相由多層繞組同軸安裝而成，采用空心式結(jié)構(gòu)；
三次繞組由高溫超導(dǎo)材料制成的屏蔽筒構(gòu)成。如圖8、圖9所示，一種新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括三相三繞組空心變壓器、三相限流橋路，
所述的三相限流橋路包括三相整流橋、續(xù)流橋臂和一個(gè)直流電抗器，三相整流橋由六個(gè)晶閘管組成，上橋臂三個(gè)晶閘管組成共陰極，下橋臂三個(gè)晶閘管組成共陽(yáng)極，續(xù)流橋臂由兩個(gè)順極性串聯(lián)的晶閘管組成，同時(shí)直流電抗器共同并接于三相整流橋的共陰極和共陽(yáng)極兩點(diǎn)之間；
三相三繞組空心變壓器每相三套線圈同軸安裝于骨架，中間和內(nèi)側(cè)繞組分別為一側(cè)繞組和二次繞組，三相一次繞組串接于三相系統(tǒng)電源與負(fù)荷之間，三相二次繞組接三相限流橋路，外側(cè)線圈為三次繞組；
所述的三相多繞組變壓器每相由多層繞組同軸安裝而成，采用空心式結(jié)構(gòu)；
所述的三次繞組由高溫超導(dǎo)材料制成的屏蔽筒構(gòu)成。
新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器，在正常運(yùn)行時(shí)，整流橋全開通，直流電感通過(guò)續(xù)流橋臂續(xù)流，直流電感的電壓降即為續(xù)流橋臂的導(dǎo)通壓降，接近于零，整個(gè)橋路接近于等電位狀態(tài)，固耦合變壓器二次側(cè)可等效為“短接”，此時(shí)，串接于系統(tǒng)的一次側(cè)繞組壓降僅為漏抗壓降。二次繞組由于“短路”，對(duì)外界磁通(即交鏈過(guò)一、二次繞組的磁通)具有屏蔽所用，但無(wú)法對(duì)一次繞組漏磁通形成屏蔽，該漏磁包括一次繞組外側(cè)漏磁和內(nèi)側(cè)漏磁。一次繞組內(nèi)側(cè)漏磁由于只能通過(guò)一、二次繞組的間隙，其值很小，可以忽略，此時(shí)一次繞組漏抗則主要由外側(cè)漏磁通所決定。根據(jù)磁路定律，繞組漏抗與匝數(shù)的平方呈正比，一次繞組因?yàn)楸旧硎窍蘖骼@組需要足夠的匝數(shù)來(lái)滿足限流要求，導(dǎo)致漏抗壓降增大。為有效降低一次繞組漏抗，則需要有效抑制一次繞組的外側(cè)漏磁，這可以通過(guò)在一次繞組外側(cè)同軸安裝屏蔽繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中屏蔽繞組采用高溫超導(dǎo)屏蔽筒或繞組，其內(nèi)部完全短路。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，超導(dǎo)筒內(nèi)感應(yīng)電流小于其臨界電流I。，超導(dǎo)筒處于超導(dǎo)態(tài)，根據(jù)超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)，超導(dǎo)體內(nèi)磁通完全排除體外，內(nèi)部磁場(chǎng)為零，超導(dǎo)體具有完全抗磁性特性，此時(shí)變壓器一次繞組所產(chǎn)生的外側(cè)漏磁通絕大部分被超導(dǎo)筒所屏蔽。綜上，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于變壓器“短接”的二次繞組和的高溫超導(dǎo)筒或繞組的磁場(chǎng)屏蔽作用，一次繞組的漏抗壓 降被限制在很低的水平，限流器壓降可基本忽略。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，由于短路電流瞬間增大，變壓器二次側(cè)的直流電感無(wú)延時(shí)自動(dòng)插入到橋路限制短路電流第一波的峰值及其上升率，當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到系統(tǒng)發(fā)生故障后，迅速封鎖橋路觸發(fā)脈沖，橋路可在半個(gè)周波內(nèi)完全關(guān)斷，二次繞組相當(dāng)于開路；同時(shí)，變壓器超導(dǎo)屏蔽筒中的感應(yīng)電流瞬間增大，并超過(guò)臨界電流I。，超導(dǎo)筒自動(dòng)失超，失去磁屏蔽做作用。這樣，變壓器二、三次繞組均自動(dòng)在故障發(fā)生后失去磁屏蔽作用，串接于系統(tǒng)主回路的變壓器一次繞組電抗值迅速增大，變壓器則可等效于空心電抗器，能夠有效限制短路電流峰值及其上升率。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，變壓器一次繞組全部或部分承擔(dān)系統(tǒng)電源電壓，若變壓器采用高導(dǎo)磁鐵心結(jié)構(gòu)，一、二次繞組之間具有較高的耦合系數(shù)，二次側(cè)電壓較高，二次側(cè)橋路必須具有相應(yīng)的耐壓等級(jí)，以確保其安全運(yùn)行。為降低系統(tǒng)故障時(shí)二次繞組的電壓等級(jí)，設(shè)計(jì)中可使一、二次繞組匝數(shù)比n大于1，但此時(shí)通過(guò)二次繞組電流則增加為一次繞組的n倍，這又會(huì)增加晶閘管的容量。本發(fā)明中變壓器采用空心結(jié)構(gòu)，主磁路磁導(dǎo)率接近于空氣磁導(dǎo)率，遠(yuǎn)低于鐵磁材料的磁導(dǎo)率，這樣一、二次繞組的耦合度遠(yuǎn)低于鐵心結(jié)構(gòu)。若一、二次繞組匝數(shù)比為1:1，但其等效變比則為n :l(n >1，一般的，I. 5〈n〈2. 5)，系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，二次側(cè)電壓遠(yuǎn)低于一次側(cè)電壓，且由于變壓器磁路在整個(gè)故障期間均不會(huì)發(fā)生飽和，二次側(cè)電壓在故障期間具有很好的線性度，不存在因磁飽和而產(chǎn)生的尖峰。當(dāng)系統(tǒng)故障消除后，限流器應(yīng)由故障限流態(tài)迅速恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，恢復(fù)時(shí)間的長(zhǎng)短則直接影響到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能。本發(fā)明所公開的限流器方案，當(dāng)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)故障切除后，迅速發(fā)送橋路觸發(fā)脈沖，開通二次側(cè)橋路，若橋路開通瞬間直流電感Ld仍存貯剩余磁能，且剩余電流大于線路電流的峰值Im，則橋路開通瞬間立即進(jìn)入全開通狀態(tài)，二次側(cè)可立即等效為“短路”。若橋路開通瞬間，直流電感Ld的剩余電流低于Im，或已衰減為零，則橋路開通后需要一段對(duì)直流電感充磁的暫態(tài)過(guò)程，直至直流電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)值后，橋路全開通，但該充磁過(guò)程較為短暫，僅需要2到3個(gè)周波。綜上，變壓器二次繞組可迅速由故障開路狀態(tài)恢復(fù)至全開通正常工作態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)一次繞組的磁屏蔽。相對(duì)于二次繞組，變壓器外側(cè)的超導(dǎo)屏蔽筒由故障失超態(tài)至正常超導(dǎo)態(tài)的恢復(fù)時(shí)間則較長(zhǎng)，即變壓器二次繞組由“開路”恢復(fù)至“短路”態(tài)后，超導(dǎo)屏蔽筒仍存在一段時(shí)間的失超態(tài)，對(duì)一次繞組外側(cè)磁通無(wú)屏蔽作用。但此時(shí)一次側(cè)繞組主磁通已被二次繞組屏蔽，繞組漏抗壓降完全能夠限制在系統(tǒng)所允許的范圍內(nèi)，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性無(wú)不利影響。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，若二次側(cè)橋路發(fā)生故障而斷開，但由于外側(cè)超導(dǎo)屏蔽筒的磁通屏蔽作用，限流器壓降仍可被限制在降低的水平，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響較小。如圖10所示，Us為系統(tǒng)電源電壓，Ri&Xsl為變壓器一次繞組的電阻及漏感，R2’ =H122R2, Xs； = H122Xs2, n12為一、二次繞組的等效電壓變比，R2’及Xs2’分別為二次繞組歸算至一次側(cè)的電阻和漏感值，R3’ = H132R3及X3’ = H132X3, n13為一、三次繞組間等效電壓變比，R3’及X3’為三次繞組歸算至一次側(cè)的電阻和漏感，XmS變壓器的勵(lì)磁電抗，A為負(fù)載阻抗。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于超導(dǎo)筒處于超導(dǎo)態(tài)，根據(jù)超導(dǎo)體的零電阻特性及完全抗磁特性，R3’及X3’均可視為零，此時(shí)限流器阻抗完全由一次繞組電阻R1及漏抗Xsl決定，由于“短接”的二次繞組及超導(dǎo)筒分別對(duì)一次繞組的內(nèi)外側(cè)的磁通屏蔽作用，Xsl ^ 0，限流器阻抗則僅由R1來(lái)決定，其值非常小，可完全忽略不計(jì)，因此系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)限流器壓降也可完全忽略不計(jì)。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，超導(dǎo)筒失超，電阻R3’及X3’迅速增大，二次繞組在故障后半個(gè)周波內(nèi)開路，之后二、三次繞組失去對(duì)一次繞組磁屏蔽作用，Xsl迅速增大，此時(shí)限流器的限流阻抗Zlimit則主要由Xsl、Xm、R3’及X3’共同決定，設(shè)計(jì)中取Xm R3’、X3’，則Zlimit 乂 Xsl+Xm，即限流阻抗完全由一次繞組電抗所決定，因此可以通過(guò)設(shè)計(jì)一次繞組的尺寸及匝數(shù)來(lái)達(dá)到系統(tǒng)限流預(yù)設(shè)值。
權(quán)利要求
1.一種新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器，包括單相三繞組空心變壓器、單相限流橋路， 所述的單相限流橋路包括單相整流橋及一個(gè)直流電抗器，單相整流橋由四個(gè)晶閘管組成，上橋臂的兩個(gè)晶閘管組成共陰極，下橋臂的兩個(gè)晶閘管組成共陽(yáng)極，直流電抗器并接于單相整流橋共陰極和共陽(yáng)極之間； 其特征在于單相三繞組空心變壓器三套線圈同軸安裝于骨架，中間和內(nèi)側(cè)繞組分別為一側(cè)繞組和二次繞組，一次繞組串接于系統(tǒng)電源與負(fù)荷之間，二次繞組接單相限流橋路，外側(cè)線圈為三次繞組； 所述的三相多繞組變壓器每相由多層繞組同軸安裝而成，采用空心式結(jié)構(gòu)； 所述的三次繞組由高溫超導(dǎo)材料制成的屏蔽筒構(gòu)成。
2.一種新型磁屏蔽空心變壓器耦合橋式固態(tài)限流器，包括三相三繞組空心變壓器、三 相限流橋路， 所述的三相限流橋路包括三相整流橋、續(xù)流橋臂和一個(gè)直流電抗器，三相整流橋由六個(gè)晶閘管組成，上橋臂三個(gè)晶閘管組成共陰極，下橋臂三個(gè)晶閘管組成共陽(yáng)極，續(xù)流橋臂由兩個(gè)順極性串聯(lián)的晶閘管組成，同時(shí)直流電抗器共同并接于三相整流橋的共陰極和共陽(yáng)極兩點(diǎn)之間； 其特征在于三相三繞組空心變壓器每相三套線圈同軸安裝于骨架，中間和內(nèi)側(cè)繞組分別為一側(cè)繞組和二次繞組，三相一次繞組串接于三相系統(tǒng)電源與負(fù)荷之間，三相二次繞組接三相限流橋路，外側(cè)線圈為三次繞組； 所述的三相多繞組變壓器每相由多層繞組同軸安裝而成，采用空心式結(jié)構(gòu)； 所述的三次繞組由高溫超導(dǎo)材料制成的屏蔽筒構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型磁屏蔽空心變壓器耦合型橋式限流器，該限流器由帶有高溫超導(dǎo)磁屏蔽筒或繞組的空心變壓器、整流橋路及直流電感組成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該限流器體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，正常運(yùn)行時(shí)由于超導(dǎo)筒的磁屏蔽作用，阻抗極低，可完全忽略其對(duì)系統(tǒng)的影響，故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)響應(yīng)，插入較高的限流阻抗快速限流，且恢復(fù)時(shí)間較短，有利于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的提高。
文檔編號(hào)H02H9/02GK102751710SQ20121026674
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者吳兆麟, 江道灼, 莫育杰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)