專利名稱：具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器。
背景技術(shù)：
短路故障是電網(wǎng)中最常見(jiàn)、危害最嚴(yán)重的故障類型之一，它的危害主要表現(xiàn)在由于受電網(wǎng)短路容量、繼電保護(hù)裝置短路容量的限制，為了保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，目前電網(wǎng)比較多的采取解裂運(yùn)行方式，而非并網(wǎng)運(yùn)行方式，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)電能的有效調(diào)度；嚴(yán)重的短路故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)癱瘓，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響；增加了各類繼電保護(hù)裝置的投資成本等等。針對(duì)這種現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)外都在致力于短路故障限流器的研究，其中比較有代表性的是帶旁路電感的故障限流器，專利號(hào)為ZL 02 11 2334.9。該專利中限流電抗器只采用了一個(gè)限流電感線圈，而且限流電感線圈還采用目前在串聯(lián)電抗器、平波電抗器等電抗器中，較為廣泛應(yīng)用的單相鐵心電抗器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，因此勢(shì)必造成該電抗器體積龐大、成本高、重量大，同時(shí)在系統(tǒng)無(wú)短路故障運(yùn)行時(shí)，線圈銅損及鐵心鐵損大，經(jīng)濟(jì)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)目前帶旁路電感故障限流器中，限流電抗器存在的體積龐大、成本高、重量大及系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)經(jīng)濟(jì)性差的缺點(diǎn)，提出一種具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器，使限流電抗器體積小、重量輕，制造成本、運(yùn)行損耗降低。
解決本實(shí)用新型技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器是在帶旁路電感的故障限流器中，與橋路中串聯(lián)晶閘管或二極管并聯(lián)的直流限流電抗器，是由具有相同電感值的2個(gè)或2個(gè)以上且數(shù)量為偶數(shù)的限流電感并聯(lián)組成。每?jī)蓚€(gè)并聯(lián)的電感組成一個(gè)限流電感單元，每個(gè)限流電感單元采用由兩個(gè)芯柱、上下鐵軛及空氣隙組成的磁路，匝數(shù)、電感值相同的并聯(lián)電感線圈，以相反的繞向纏繞在兩個(gè)芯柱上。
采用本實(shí)用新型后，流過(guò)每個(gè)限流電感單元中單個(gè)電感線圈的電流及其脈動(dòng)程度減小，同時(shí)每個(gè)限流電感單元磁路長(zhǎng)度也大幅度減小。因此本發(fā)明具有限流電抗器體積小、重量輕，制造成本、運(yùn)行損耗低的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中單相具有單個(gè)限流電感線圈的帶旁路電感故障限流器原理圖圖2為圖1中電感值為L(zhǎng)的線圈在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，流過(guò)其電流波形圖(以電源電壓為220V，負(fù)載為1Ω，電流峰值為311A，電感L為1mH為例)圖3為本實(shí)用新型單相具有兩個(gè)等值并聯(lián)限流電感線圈的帶旁路電感故障限流器原理圖圖4為圖3中電感值為2L的單個(gè)電感線圈在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，流過(guò)其電流波形圖(以電源電壓為220V，負(fù)載為1Ω，電流峰值為311A，電感L為2mH為例)圖5為本實(shí)用新型由兩個(gè)等值繞向相反的并聯(lián)電感線圈組成的限流電抗器結(jié)構(gòu)圖圖6為現(xiàn)有技術(shù)中單相鐵心電抗器的結(jié)構(gòu)圖圖中T1、T2、T3、T4-晶閘管 L-電感 LbyD-旁路電感 R-負(fù)載Vs-電源 1-限流電感單元 2-芯柱 3-鐵軛 4-空氣隙 5-線圈 6-單線圈限流電抗器 7-旁軛具體實(shí)施方式
具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器，每2個(gè)并聯(lián)的限流電感組成一個(gè)限流電感單元(1)，由多個(gè)限流電感單元(1)組成限流電抗器。每個(gè)限流電感單元(1)是由兩個(gè)芯柱(2)、上下鐵軛(3)及空氣隙(4)構(gòu)成磁路，匝數(shù)相同、繞向相反的兩個(gè)線圈(5)分別纏繞在兩個(gè)芯柱(2)上。兩個(gè)線圈(5)的上部、下部出頭分別連接后引出。兩個(gè)芯柱(2)的磁路由鐵芯和空氣隙(4)組成。芯柱(2)與鐵軛(3)具有相同的截面積。線圈(5)采用的材料可以是銅材、鋁材，也可以是超導(dǎo)帶材。
為了滿足電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)電流縮減率的要求，采用本實(shí)用新型具有多個(gè)并聯(lián)電感的限流電抗器，所有限流電感單元中的電感，其并聯(lián)等效電感值應(yīng)該與單繞組電抗器相同。假設(shè)并聯(lián)電感的總數(shù)量為2m個(gè)，則每個(gè)限流電感單元中單個(gè)繞組的電感值將是單繞組電抗器的2m倍，因此流過(guò)每個(gè)限流電感單元中單個(gè)繞組的電流，無(wú)論是在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，還是在短路故障發(fā)生，發(fā)揮限制短路電流作用時(shí)，都應(yīng)為單繞組電感的1/2m倍。
為了方便起見(jiàn)，下面以m＝1，即采用一個(gè)限流電感單元，由2個(gè)并聯(lián)電感組成的限流電抗器為例來(lái)加以說(shuō)明，此時(shí)每個(gè)限流電感單元中單個(gè)線圈的電感值應(yīng)為單繞組電感的2倍。對(duì)于故障限流器采用帶旁路電感的三相橋式接地、不接地及其它結(jié)構(gòu)，以及限流電感單元數(shù)量在2個(gè)及以上的電抗器結(jié)構(gòu)時(shí)，分析工作與下面相似，在此不再介紹。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中單相具有單個(gè)電感線圈的帶旁路電感故障限流器原理圖，它是在單相橋式故障限流器兩端并聯(lián)交流旁路電感形成的。圖2為與圖1對(duì)應(yīng)的，線圈電感值為L(zhǎng)時(shí)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，流過(guò)該電感線圈的電流波形。由圖2可以看出，流過(guò)電感線圈的電流，維持在負(fù)載電流峰值附近，因此該電感線圈的銅損較大。圖3為本實(shí)用新型單相具有兩個(gè)等值并聯(lián)電感線圈的帶旁路電感故障限流器原理圖，圖4為與圖3對(duì)應(yīng)的，兩個(gè)并聯(lián)的線圈電感值均為2L時(shí)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，流過(guò)其中一個(gè)電感線圈的電流波形。與圖2相比，圖4中的電流減小了一半，同時(shí)電流脈動(dòng)程度也減小了一半。
單相橋式故障限流器，由橋路中的電抗器發(fā)揮限流作用；而帶旁路電感的故障限流器，主要由交流旁路電感發(fā)揮限流作用，橋路中的電抗器只在短路故障發(fā)生的最初一個(gè)工作周波內(nèi)，限制短路電流的上升速率。
因此對(duì)于帶旁路電感的故障限流器，本實(shí)用新型中電路采用圖3所示的結(jié)構(gòu)，而限流電抗器采用圖5所示的結(jié)構(gòu)，兩者組合(方案2)來(lái)替代電路采用圖1所示的結(jié)構(gòu)和電抗器采用圖6所示結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)方案(方案1)。
由電抗器的設(shè)計(jì)公式LI＝NBWAeL＝(4π×N2AeF×10-8)/lgIN＝Hlm其中L-----電感值 I----工作電流 N-----線圈的匝數(shù) Ae----鐵心有效截面積F-----校正系數(shù) lm-----磁路長(zhǎng)度 lg-----磁路中空氣隙的長(zhǎng)度BW-----正常運(yùn)行時(shí)，鐵心內(nèi)的磁通密度H----磁場(chǎng)強(qiáng)度，該值為空氣隙內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度與鐵心內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度線性組合對(duì)于方案2，限流電感單元中的單個(gè)線圈，相比方案1中的單繞組電感線圈而言，電感值是后者兩倍，工作電流為后者的一半，因此根據(jù)上述公式，在保持線圈匝數(shù)N、鐵心的有效截面積Ae、面積校正系數(shù)F、磁場(chǎng)強(qiáng)度H等參數(shù)基本不變的前提下，通過(guò)減小氣隙的長(zhǎng)度lg來(lái)滿足電感值加倍的要求，并使由鐵芯柱和上下鐵軛、空氣隙構(gòu)成的磁路長(zhǎng)度lm大大縮短，這將意味著主要由鐵芯柱和上下鐵軛構(gòu)成的磁路，在長(zhǎng)度、寬度方向尺寸保持基本不變的前提下，高度方向尺寸大幅度降低，相應(yīng)的整套裝置，在高度方向尺寸大幅度降低，因此實(shí)際使用的鐵心硅鋼片、變壓器油、箱體所用鋼材、散熱片等材料大大減小，因而可以容易地達(dá)到減小限流電抗器體積、重量，降低制造成本的目的。
方案2中流過(guò)單個(gè)電感線圈的電流，只有方案1中線圈電流的一半，由于線圈的銅損與流過(guò)線圈電流平方成正比，因此雖然本實(shí)用新型中繞組電阻有所增加，但總的線圈銅損仍大幅度下降。
相比方案1，方案2的鐵心鐵損也大大降低。原因有兩個(gè)1、流過(guò)方案2中單個(gè)電感線圈的電流脈動(dòng)程度要比方案1小，這意味著對(duì)應(yīng)的交流磁通密度最大值前者要小，由于鐵心單位重量鐵損幾乎與鐵心內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值的平方成正比，因而方案2的單位鐵損低。
2、方案2所用的鐵心材料---硅鋼片的重量小，因此綜合下來(lái)，方案2的總鐵損要低于方案1。
總體來(lái)講，采用本實(shí)用新型后，將使限流電抗器結(jié)構(gòu)更加緊湊、經(jīng)濟(jì)性更好。
采用本實(shí)用新型的電抗器結(jié)構(gòu)，在承受短路電流作用時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度同樣有足夠保證，原因有以下三點(diǎn)1、眾所周知，磁場(chǎng)中載流導(dǎo)體受到的電磁力計(jì)算公式為F＝BilF----電磁力 B----與導(dǎo)體相垂直的磁通密度 i----導(dǎo)線中的電流 l----導(dǎo)線長(zhǎng)度對(duì)于電抗器中的線圈導(dǎo)線而言，它處在由繞組電流產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)中，漏磁場(chǎng)強(qiáng)度正比于繞組電流，因此繞組各部分受到的電磁力與流過(guò)電流平方成正比，因此無(wú)論是在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，還是在短路故障發(fā)生時(shí)，采用方案2后，其每個(gè)限流電感單元中的單個(gè)電感線圈，所承受的由漏磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁力，為采用方案1時(shí)的單線圈電抗器四分之一。
2、帶旁路電感的故障限流器，其橋路中的電抗器，在短路故障發(fā)生時(shí)，最多只需要在20ms時(shí)間內(nèi)承受短路電流，而采用方案1的單線圈電抗器，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般都要求至少承受0.5s以上的短路電流產(chǎn)生機(jī)械電動(dòng)力作用，由于承受短路電流作用時(shí)間大大減小，因此對(duì)電抗器的機(jī)械強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求大大降低。
3、方案2中，每個(gè)限流電感單元中的單個(gè)線圈，軸向高度尺寸要遠(yuǎn)小于方案1中單線圈電抗器的線圈軸向高度，根據(jù)材料力學(xué)中的強(qiáng)度理論，前者抗軸向壓力的穩(wěn)定性能力要遠(yuǎn)高于后者，因此線圈變形的可能性大幅度下降。
綜合上述三個(gè)因素，在相同的電流縮減率要求條件下，采用本發(fā)明中的電抗器結(jié)構(gòu)，完全可以滿足短路限流時(shí)，對(duì)繞組機(jī)械電動(dòng)力的要求。
權(quán)利要求1.一種具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器，其特征在于在帶旁路電感的故障限流器中，與橋路中串聯(lián)晶閘管或二極管并聯(lián)的直流限流電抗器，是由具有相同電感值的2個(gè)或2個(gè)以上且數(shù)量為偶數(shù)的限流電感并聯(lián)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器，其特征在于每2個(gè)并聯(lián)的限流電感組成一個(gè)限流電感單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器，其特征在于由多個(gè)限流電感單元組成限流電抗器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器，其特征在于每個(gè)限流電感單元是由兩個(gè)芯柱、上下鐵軛及空氣隙構(gòu)成磁路，匝數(shù)相同、繞向相反的兩個(gè)線圈分別纏繞在兩個(gè)芯柱上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器，其特征在于兩個(gè)線圈的上部、下部出頭分別連接后引出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器，其特征在于兩個(gè)芯柱的磁路由鐵芯和空氣隙組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器，其特征在于芯柱與鐵軛具有相同的截面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器，其特征在于線圈采用的材料可以是銅材、鋁材，也可以是超導(dǎo)帶材。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種具有多個(gè)并聯(lián)限流電感的故障限流器，它是在帶旁路電感的故障限流器中，與橋路中串聯(lián)晶閘管或二極管并聯(lián)的限流電抗器，是由具有相同電感值的2個(gè)或2個(gè)以上并聯(lián)電感并聯(lián)組成，每?jī)蓚€(gè)并聯(lián)的電感組成一個(gè)限流電感單元，每個(gè)限流電感單元采用由兩個(gè)芯柱、上下鐵軛及空氣隙組成的磁路，匝數(shù)、電感值相同的并聯(lián)電感線圈，以相反的繞向纏繞在兩個(gè)芯柱上。通過(guò)減小流過(guò)每個(gè)電感線圈電流及其脈動(dòng)程度、減小每個(gè)限流電感單元磁路長(zhǎng)度等措施，來(lái)實(shí)現(xiàn)降低限流電抗器的運(yùn)行損耗及制造成本，減小其體積、重量的目的。
文檔編號(hào)H01F37/00GK2650370SQ03248848
公開(kāi)日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2003年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月22日
發(fā)明者王明江 申請(qǐng)人:新疆特變電工股份有限公司