一種基于稀土永磁材料的并聯(lián)型磁飽和故障限流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高壓電器設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于限制交流輸電網(wǎng)故障電流的設(shè)備，具體來說涉及一種基于稀土永磁材料的并聯(lián)型磁飽和故障限流器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)發(fā)展，用電需求量不斷增加，電力系統(tǒng)規(guī)模也隨之日益增大。電力系統(tǒng)電網(wǎng)容量的不斷增大，隨之帶來的也有系統(tǒng)中短路電流水平不斷增加，部分短路故障電流水平甚至超過斷路器的遮斷容量，且上升趨勢越來越明顯，這嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。目前，限制電網(wǎng)短路電流水平的主要措施有:提升電壓等級，實現(xiàn)電網(wǎng)分層分區(qū)管理；串聯(lián)電抗器；安裝故障限流器。提升電壓等級和串聯(lián)電抗器都存在各自的局限性與缺陷，因此不能廣泛使用。短路故障限流器則克服了相關(guān)局限性，但仍然存在提升的空間。
[0003]隨著故障限流器的發(fā)展，現(xiàn)有以下幾種最為常見的類型:固態(tài)故障限流器，超導(dǎo)故障限流器，磁飽和型故障限流器。固態(tài)故障限流器對其所使用的半導(dǎo)體器件要求較高，在故障發(fā)生時半導(dǎo)體器件必須能夠承受較高的過電壓，大量電力電子器件的使用使得裝置成本較高且可靠性較差。超導(dǎo)故障限流器，超導(dǎo)體的應(yīng)用則常常是在磁飽和型限流器中用來飽和鐵芯的，但是其對維護(hù)技術(shù)的高要求以及高昂的造價大大限制了超導(dǎo)技術(shù)的實際應(yīng)用。磁飽和型故障限流器，存在的一個主要問題就在于其需要直流勵磁繞組提供足夠的磁動勢對磁芯進(jìn)行偏置，對直流偏置電壓的高要求導(dǎo)致磁飽和型故障限流器同樣存在成本高的問題。
[0004]在非專利文獻(xiàn)1 (袁佳飲，((Performance Investigat1n of a Novel PermanentMagnet-Biased Fault-Current Limiter〉〉，IEEE Transact1n on magnetics)中公開了如下一種限流器的結(jié)構(gòu)，如，包括兩個口字型磁芯以及線圈繞組，兩個口字形磁芯的結(jié)構(gòu)完全相同，兩個口字形磁芯并列放置，永磁體鑲嵌在磁芯中對鐵芯進(jìn)行偏置；四個線圈分別纏繞在兩個口字型磁芯的鐵芯上，在鐵芯飽和以及非飽和的狀態(tài)的阻抗值相差較大；在永磁體偏置作用下，鐵芯處于飽和狀態(tài)，線圈阻抗值較低，對系統(tǒng)影響較小；在較大故障電流作用下，兩個口字型磁芯中的鐵芯交替退出飽和，相應(yīng)的纏繞在兩個磁芯上的線圈的阻抗值交替發(fā)生變化，使限流器串入系統(tǒng)的阻抗值增大，起到限流作用。但由于兩個口字型磁芯以及相應(yīng)所需的永磁體的用量較大，導(dǎo)致其不適于工業(yè)化大量生產(chǎn)；磁芯的結(jié)構(gòu)參數(shù)對裝置的性能有較大的影響，而非專利文獻(xiàn)1未對結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇進(jìn)行具體闡述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種較非專利文獻(xiàn)1所述結(jié)構(gòu)更為緊湊，使用磁芯材料以及永磁材料更少，更加有利于工業(yè)化生產(chǎn)，合理選擇磁芯結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化性能的故障限流器。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，提出將永磁體和磁控電抗器兩種技術(shù)結(jié)合起來對短路故障電流進(jìn)行限制，可實現(xiàn)對故障的快速響應(yīng)，采用稀土永磁材料能夠降低對直流磁動勢的要求，降低限流器的損耗。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于稀土永磁材料的并聯(lián)型磁飽和故障限流器，包括磁芯和線圈繞組，所述磁芯包括中柱103和位于所述中柱103兩邊的左邊柱101、右邊柱102，所述中柱103的上下兩端各有上橫軛201、下橫軛202，所述上橫軛201中鑲嵌有第一永磁體301和第三永磁體303，所述下橫軛202中鑲嵌有第二永磁體302和第四永磁體304，所述上橫軛201、下橫軛202的兩端分別與所述左邊柱101、右邊柱102相連接，其中部與所述中柱103相接；所述線圈繞組包括繞制在所述左邊柱101上的第一線圈1、第二線圈2，繞制在所述右邊柱102上的第三線圈3、第四線圈4，所述第一線圈1與所述第三線圈3的同名端并聯(lián)，所述第一線圈1與所述第四線圈4的異名端串聯(lián)，所述第三線圈3與第二線圈2異名端串聯(lián)，所述第二線圈2與所述第四線圈4同名端并聯(lián)。
[0008]優(yōu)選的，所述磁芯關(guān)于所述中柱103的中心線成軸對稱。
[0009]優(yōu)選的，所述上橫軛201左側(cè)中部和右側(cè)中部分別鑲嵌有所述第一永磁體301、第三永磁體303，所述下橫軛202左側(cè)中部和右側(cè)中部分別鑲嵌有所述第二永磁體302、第四永磁體304 ;所述第一永磁體301與第二永磁體302勵磁方向相同，所述第三永磁體303與第四永磁體304勵磁方向相同，所述第一永磁體301與第三永磁體303勵磁方向相反，所述第一永磁體301、第二永磁體302、第三永磁體303和第四永磁體304的厚度相同，其截面積與所在的橫軛截面積相等。
[0010]優(yōu)選的，所述永磁體采用稀土永磁材料。
[0011]優(yōu)選的，所述左邊柱101、右邊柱102、中柱103、上橫軛201、下橫軛202的截面為圓形、橢圓形或矩形，所述左邊柱101、右邊柱102、中柱103長度相等，且所述左邊柱101和右邊柱102的截面積相等，其上分別繞制的線圈繞組為上、下層布置或內(nèi)、外層布置。
[0012]優(yōu)選的，所述上橫軛201和下橫軛202的長度相等，截面積相等，且截面積大于所述左邊柱101或右邊柱102的截面積；所述中柱103的截面積大于二倍左邊柱101或右邊柱102的截面積，且大于上橫軛201或下橫軛202的截面積。
[0013]優(yōu)選的，所述第一線圈1、第二線圈2、第三線圈3和第四線圈4的匝數(shù)相等。
[0014]本發(fā)明的工作原理:
將電抗值可調(diào)的磁飽和電抗器與輸電線路串聯(lián)，實現(xiàn)對短路故障電流的限制。
[0015]本發(fā)明的工作流程:
在線路正常運行時，在線路電流的正方向的半個周期內(nèi)，左邊柱鐵芯上的第一線圈和第二線圈所產(chǎn)生的交流磁場方向與永磁體偏置磁場方向一致，在相互疊加的磁場的偏置作用下，左邊柱鐵芯進(jìn)入深度飽和狀態(tài)；右邊柱鐵芯上的第三線圈和第四線圈所產(chǎn)生的交流磁場方向與永磁體偏置磁場方向相反，但在線路正常運行時，線圈產(chǎn)生的交流磁場小于永磁體偏置磁場，在相互抵消的磁場的偏置作用下，右邊柱鐵芯仍然處于飽和狀態(tài)；在線路電流的負(fù)半周，過程與上述相反，但兩側(cè)左、右邊柱鐵芯都處于飽和狀態(tài)；因此，在線路正常運行時，交流線圈繞組在輸電線路中呈現(xiàn)的阻抗值較小，能有效降低電壓損耗和能量損耗。
[0016]當(dāng)輸電線路發(fā)生短路故障時，電流迅速增大，且短路電流大于最大負(fù)荷電流。因此，各線圈產(chǎn)生的交流磁場將大于永磁體偏置磁場；在短路電流正半周，左邊柱鐵芯上的第一線圈和第二線圈所產(chǎn)生的交流磁場增大，且方向與永磁體偏置磁場方向一致，左邊柱鐵芯的飽和程度加深，第一線圈、第二線圈的阻抗值仍然較小；右邊柱鐵芯上的第三線圈和第四線圈所產(chǎn)生的交流磁場也增大，由于線圈產(chǎn)生的交流磁場大于永磁體偏置磁場，且方向相反，右邊柱鐵芯則退出飽和狀態(tài)，第三線圈、第四線圈的阻抗值則迅速增加；在短路電流負(fù)半周，左邊柱鐵芯則退出飽和狀態(tài)，第一線圈、第二線圈的阻抗值迅速增加，右邊柱鐵芯又再次進(jìn)入飽和狀態(tài)，第三線圈、第四線圈的阻抗值又再次減小；因此在故障發(fā)生時，左邊柱鐵芯和右邊柱鐵芯交替退出飽和狀態(tài)，故障限流器的交流繞組整體的阻抗值顯著增大，迅速將輸電線路的阻抗值提高，用以限制線路的短路電流，保障線路安全。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
1.以永磁體代替直流線圈繞組作為勵磁偏置源，在保證線路正常運行時磁芯處于飽和狀態(tài)的基礎(chǔ)上，有效地降低裝置損耗和成本；
2.四個線圈繞組通過一種巧妙的連接方式串并聯(lián)在一起，在保證故障限流器正常工作的前提下，減小了各線圈繞組中的正常工作電流，降低了對永磁體所提供的永磁磁動勢的要求，同時有效降低各線圈繞組中的故障電流，降低永磁體退磁以及磁芯反相飽和的可能性，提尚裝置的可靠性。
[0018]3.無需額外的控制系統(tǒng)，在故障發(fā)生時，限流器能自動對故障作出響應(yīng)，迅速增大阻抗值，有效限制短路故障電流；
4.采用稀土永磁材料能夠降低對直流磁動勢的要求，降低限流器的損耗。
[0019]5.相較非專利文獻(xiàn)1所述限流器，本發(fā)明在保證限流效果明顯的前提下，裝置更加緊湊體積小，將原本兩個口字型磁芯整合為一個磁芯，節(jié)約鐵磁材料以及永磁材料，工作損耗小，可靠性高，且成本較低，適用于電力系統(tǒng)短路故障電流的限制，可有效維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
【附圖說明】
[0020]圖1:為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2:為本發(fā)明實施例磁芯不意圖；
圖3:是本發(fā)明實施例的工作原理圖；
圖4:為非專利文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]通過以下詳細(xì)說明結(jié)合附圖可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的特點和優(yōu)點。所提供的實施例僅是對本發(fā)明方法的說明，而不以任何方式限制本發(fā)明揭示的其余內(nèi)容。
[0022]如圖1所示，一種基于稀土永磁材料的并聯(lián)型磁飽和故障限流器，以下簡稱故障限流器，包括磁芯和線圈繞組，所述磁芯包括中柱103和位于所述中柱103兩邊的左邊柱101、右邊柱102，所述中柱103的上下兩端各有上橫軛201、下橫軛202，所述上橫軛201中鑲嵌有第一永磁體301和第三永磁體303，所述下橫軛202中鑲嵌有第二永磁體302和第四永磁體304，所述上橫軛201、下橫軛202的兩端分