專利名稱：具有耗能電阻的短路故障限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種應(yīng)用于交流電壓供電系統(tǒng)，對短路故障電流及其上升率 進行限制的裝置，屬于交流柔性輸電技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種具有耗能 電阻的短路故障限流器。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)規(guī)模和容量的不斷擴大，短路電流的水平快速增加，當(dāng)短路 電流水平超過斷路器的斷開容量時，短路故障可能造成主要電力設(shè)備如變壓器、 高壓開關(guān)設(shè)備、電力電纜等的嚴(yán)重?fù)p壞，引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至造成系統(tǒng)的癱 瘓。短路故障限流器在檢測到短路故障發(fā)生后，通過快速改變故障線路的阻抗 參數(shù)，將短路電流限制在允許的水平，以保護電力設(shè)備，已經(jīng)成為柔性交流輸 電系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一。
附圖1中的虛線部分為一種具有單個自關(guān)斷器件的橋式短路限流器，圖中，
Ll為直流電感，L2為旁路電感，Dl-D4等組成了一個不控整流橋，Tl為自關(guān)斷 開關(guān)器件，D5為續(xù)流二極管。Lx、 Rx為線路電感和線路電阻。在系統(tǒng)正常的情 況下，控制T1導(dǎo)通，完成L1充磁之后，在穩(wěn)態(tài)情況下，忽略D1-D5、 T1及L1 的功率損耗，限流器兩端無壓降。當(dāng)短路故障發(fā)生后，經(jīng)過T1和L1的電流會 快速上升，當(dāng)該電流大于某一設(shè)定值之后，控制關(guān)斷Tl, L1電流經(jīng)過D5續(xù)流， 橋路和L1退出系統(tǒng)，短路電流受到L2的限制。
由于橋路和直流電感只在短路故障初期，限制短路電流上升速度，在短路 故障被檢測到之后，退出系統(tǒng)，不參與限制穩(wěn)態(tài)短路電流，因而利用率較低。 如果用合適阻值的電阻R代替附圖1中的續(xù)流二極管D5,在短路故障發(fā)生后， 釆用一定頻率和占空比的信號來控制開關(guān)管Tl，則二極管橋路、Ll、 Tl、 R可 以承擔(dān)一個調(diào)制了的短路電流，該調(diào)制了的短路電流和旁路電感L2中的短路電流之和為滿足繼電保護選擇性要求的總的短路電流，因此，可以減小旁路電感 L2的電流定額，提高各元件的利用率，總體上降低裝置成本。同時，耗能電阻 還能夠吸收短路故障引起的暫態(tài)分量，阻尼振蕩，有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。為
此，提出一種具有耗能電阻的橋式短路故障限流器，能夠提高橋路和L1的利用 率，減小旁路電感L2的電流應(yīng)力，降低限流器成本并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種具有耗能電阻 的短路故障限流器，在直流電感兩端并聯(lián)電阻，在短路故障發(fā)生后，以一定頻 率和占空比的方波信號來控制開關(guān)管，設(shè)開關(guān)周期為T, 一個周期內(nèi)T1的開通 時間為Ton， Tl的關(guān)斷時間為Toff-T-Ton。在Ton期間，電源電壓整流后加在 L1和電阻R的兩端，從而在電感和電阻中產(chǎn)生電流，電感L1的電流從前一個周 期結(jié)束時的初值開始增加；在T1關(guān)斷期間，電感電流通過電阻R，電感L1儲存 的磁能消耗在電阻R上，電流衰減；通過調(diào)節(jié)控制信號的頻率和占空比，可以 調(diào)節(jié)電感電流周期性地上升和衰減規(guī)律，即控制通過二極管整流橋路的等效電 流值。由于二極管整流橋路和Tl、 Ll、 R承擔(dān)了部分電流，可以提高橋路和L1 的利用率，減小旁路電感L2、 L3、 L4的電流定額，降低整個限流器的成本，還
能夠為系統(tǒng)短路時提供一定的電阻負(fù)載特性，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。周期性地開通 和關(guān)斷Tl,由線路電感Lx等會引起一定的操作過電壓，因此，在旁路電感L2 等的兩端(也就是整流橋路的交流輸入側(cè))并聯(lián)氧化鋅Zn0過電壓吸收器，可 以保護整流橋和Tl。
本實用新型具有耗能電阻的短路故障限流器，由旁路電感L2、 二極管組成 的不控整流橋、直流電感L1、可控開關(guān)T1、電阻R、氧化鋅過電壓吸收器ZnO 等組成。旁路電感L2和氧化鋅Zn0過電壓吸收器并聯(lián)后，再并聯(lián)在橋路交流端; 直流電感Ll和電阻R并聯(lián)，與可控開關(guān)T1串聯(lián)后，接在橋路的直流側(cè)。在電 力系統(tǒng)正常的情況下，控制Tl處于常通狀態(tài)，由于電感Ll承受直流電壓，其兩端電壓接近于零，并聯(lián)電感兩端電壓也接近零，限流器呈現(xiàn)零阻抗?fàn)顟B(tài)。在 短路故障發(fā)生并被檢測到之后，立即用 一定頻率和占空比的方波信號去控制開
關(guān)管Tl,在開關(guān)管導(dǎo)通的Ton期間，電源電壓整流后加在L1和電阻R的兩端， 從而在電感和電阻中產(chǎn)生電流，電感Ll的電流從前一個周期結(jié)東時的初值開始 增加；在Tl關(guān)斷的Toff期間，電感電流通過電阻R,電感L1儲存的磁能消耗 在電阻R上，電流衰減；通過調(diào)節(jié)控制信號的頻率和占空比，可以調(diào)節(jié)電感電 流周期性地上升和衰減規(guī)律，即控制通過二極管整流橋路的等效電流值。由于 二極管整流橋路和T1、 Ll、 R承擔(dān)了部分電流，可以提高橋路和L1的利用率， 減小旁路電感L2的電流定額，降低整個限流器的成本，還能夠為系統(tǒng)短路時提 供一定的電阻負(fù)載特性，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
本實用新型具有耗能電阻的短路故障限流器，包括旁路電感L2、 二極管組 成的不控整流橋、直流電感L1、可控開關(guān)T1、電阻R、氧化鋅過電壓吸收器ZnO 等。其中，整流橋中二極管D1、 D2的公共陰極、自關(guān)斷開關(guān)管Tl的集電極(或 漏極)、接在一起；自關(guān)斷開關(guān)管T1的發(fā)射極(或源極)、電阻R的一端和直流 電抗器L1的一端接在一起；直流電抗器L1的另一端與整流橋中二極管D3、 D4 的公共陽極和電阻R的另一端接在一起；旁路電抗器L2的一端、氧化鋅過電壓 吸收器ZnO的一端和二極管D3的陰極、二極管Dl的陽極接在一起，為限流器 的一個出線端子；旁路電抗器L2的另一端、氧化鋅過電壓吸收器ZnO的另一端 和二極管D4的陰極、二極管D2的陽極接在一起，為限流器的另一個出線端子。 使用時，該限流器通過兩個出線端子串聯(lián)接在電源和負(fù)載之間。
該限流器還可以釆用下述結(jié)構(gòu)，用于三相不接地系統(tǒng)。本實用新型具有耗 能電阻的短路故障限流器，由二極管D1 D6組成的二極管整流橋、自關(guān)斷開關(guān) 管Tl、電阻R、直流電抗器L1、旁路電抗器L2 L4、氧化鋅過電壓吸收器Zn01 ~ Zn03等構(gòu)成。其中，二極管D1、 D2、 D3的陰極、自關(guān)斷開關(guān)管Tl的集電極(或 漏極)接在一起；自關(guān)斷開關(guān)管Tl的發(fā)射極(或源極)、電阻R的一端和直流電抗器L1的一端接在一起；D4、 D5、 D6的陽極、直流電抗器L1的另一端、電 阻R的另一端接在一起；旁路電抗器L2的一端、氧化鋅過電壓吸收器Zn01的 一端、二極管D1的陽極、二極管D4的陰極接在一起，構(gòu)成限流器a相的出線 端子；旁路電抗器L3的一端、氧化鋅過電壓吸收器Zn02的一端、二極管D2的 陽極、二極管D5的陰極接在一起，構(gòu)成限流器b相的出線端子；旁路電抗器L4 的一端、氧化鋅過電壓吸收器Zn03的一端、二極管D3的陽極、二極管D6的陰 極接在一起，構(gòu)成限流器c相的出線端子；旁路電抗器L2、 L3、 L4的另一端和 氧化鋅過電壓吸收器ZnOl、 Zn02、 Zn03的另 一端接在一起。使用時，限流器的 a、 b、 c相出線端子分別和三相電源的a、 b、 c相的參考端接在一起，構(gòu)成正常 運行情況下三相電源的等效中性點。
電抗器L1可以為超導(dǎo)型的，也可以為常規(guī)型的。根據(jù)經(jīng)濟性要求，L2、 L3、 L4最好采用常規(guī)型的電感。
本實用新型應(yīng)用于交流電壓供電系統(tǒng)，使得整流橋路和直流電抗器L1既能 限制短路故障初期的短路電流上升率，也能貢獻于短路故障發(fā)生后短路電流有 效值，能夠減小旁路電感L2、 L3、 L4的電流定額，降低整個限流器的成本，而 且，通過調(diào)節(jié)自關(guān)斷開關(guān)管T1驅(qū)動信號的頻率和占空比，還可以調(diào)整限流器在 短路限流期間所提供的阻性含量，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的限流器電路圖2為本實用新型具有耗能電阻的短路故障限流器的主電路原理圖(單相 結(jié)構(gòu));
圖3為本實用新型具有耗能電阻的短路故障限流器的主電路原理圖(用于 不接地系統(tǒng)的三相結(jié)構(gòu))；
具體實施方式
以下參照附圖和實施例對本本實用新型作進一步詳細說明。實施例l、如圖2所示，本實用新型具有耗能電阻的短路故障限流器，由旁
路電感L2、 二極管組成的不控整流橋、直流電感L1、可控開關(guān)T1、電阻R、氧 化鋅過電壓吸收器Zn0等組成。旁路電感L2和氧化鋅Zn0過電壓吸收器并聯(lián)后， 再并聯(lián)在橋路交流端；直流電感Ll和電阻R并聯(lián)，與可控開關(guān)T1串聯(lián)后，接 在橋路的直流側(cè)。在電力系統(tǒng)正常的情況下，控制T1處于常通狀態(tài)，由于電感 Ll承受直流電壓，其兩端電壓接近于零，并聯(lián)電感兩端電壓也接近零，限流器 呈現(xiàn)零阻抗?fàn)顟B(tài)。在短路故障發(fā)生并被檢測到之后，立即用一定頻率和占空比 的方波信號去控制開關(guān)管Tl,在開關(guān)管導(dǎo)通的Ton期間，電源電壓整流后加在 L1和電阻R的兩端，從而在電感和電阻中產(chǎn)生電流，電感L1的電流從前一個周 期結(jié)東時的初值開始增加；在Tl關(guān)斷的Toff期間，電感電流通過電阻R,電感 Ll儲存的磁能消耗在電阻R上，電流衰減；通過調(diào)節(jié)控制信號的頻率和占空比， 可以調(diào)節(jié)電感電流周期性地上升和衰減規(guī)律，即控制通過二極管整流橋路的等 效電流值。由于二極管整流橋路和Tl、 Ll、 R承擔(dān)了部分電流，可以提高橋路 和Ll的利用率，減小旁路電感L2的電流定額，降低整個限流器的成本，還能 夠為系統(tǒng)短路時提供 一定的電阻負(fù)載特性，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
實施例2、如圖3所示，用于三相不接地系統(tǒng)。本實用新型具有耗能電阻的 短路故障限流器，由二極管D1 D6組成的二極管整流橋、自關(guān)斷開關(guān)管T1、電 阻R、直流電抗器L1、旁路電抗器L2 L4、氧化鋅過電壓吸收器Zn01 Zn03等 構(gòu)成。其中，二極管D1、 D2、 D3的陰極、自關(guān)斷開關(guān)管T1的集電極(或漏極) 接在一起；自關(guān)斷開關(guān)管Tl的發(fā)射極(或源極)、電阻R的一端和直流電抗器 Ll的一端接在一起；D4、 D5、 D6的陽極、直流電抗器L1的另一端、電阻R的 另一端接在一起；旁路電抗器L2的一端、氧化鋅過電壓吸收器ZnOl的一端、 二極管Dl的陽極、二極管D4的陰極接在一起，構(gòu)成限流器a相的出線端子； 旁路電抗器L3的一端、氧化鋅過電壓吸收器Zn02的一端、二極管D2的陽極、 二極管D5的陰極接在一起，構(gòu)成限流器b相的出線端子；旁路電抗器L4的一端、氧化鋅過電壓吸收器Zn03的一端、二極管D3的陽極、二極管D6的陰極接 在一起，構(gòu)成限流器c相的出線端子；旁路電抗器L2、 L3、 L4的另一端和氧化 鋅過電壓吸收器ZnOl、 Zn02、 Zn03的另 一端接在一起。使用時，限流器的a、 b、 c相出線端子分別和三相電源的a、 b、 c相的參考端接在一起，構(gòu)成正常運行情 況下三相電源的等效中性點。在正常情況下，控制開關(guān)管Tl處于常通狀態(tài)，在 穩(wěn)態(tài)情況下，忽略二極管橋路和電感L1的內(nèi)阻，直流電感兩端電壓為零，限流 器等效為電氣上的一個點，對系統(tǒng)無不良影響。短路故障發(fā)生后，電源電壓經(jīng) 二極管橋整流后，(由于Tl還處于通態(tài))加在直流電感兩端，引起直流電感L1 電流的增加，當(dāng)檢測到短路故障之后，與單相結(jié)構(gòu)限流器的工作原理相似，用 一定頻率和占空比的方波信號去控制開關(guān)管Tl,在開關(guān)管導(dǎo)通的Ton期間，電 源電壓整流后加在L1和電阻R的兩端，從而在電感和電阻中產(chǎn)生電流，電感L1 的電流從前一個周期結(jié)東時的初值開始增加；在Tl關(guān)斷的Toff期間，電感電 流通過電阻R,電感Ll儲存的磁能消耗在電阻R上，電流衰減；通過調(diào)節(jié)控制 信號的頻率和占空比，可以調(diào)節(jié)電感電流周期性地上升和衰減規(guī)律，即控制通 過二極管整流橋路的等效電流值。由于二極管整流橋路和Tl、 Ll、 R承擔(dān)了部 分電流，可以提高橋路和L1的利用率，減小旁路電感L2、 L3、 L4的電流定額， 降低整個限流器的成本，還能夠為系統(tǒng)短路時提供一定的電阻負(fù)載特性，提高 系統(tǒng)穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1、一種具有耗能電阻的短路故障限流器，包括旁路電感(L2)、二極管組成的不控整流橋、直流電感(L1)、可控開關(guān)(T1)、電阻(R)、氧化鋅過電壓吸收器(ZnO)組成；其特征是整流橋中二極管(D1、D2)的公共陰極、自關(guān)斷開關(guān)管(T1)的集電極或漏極、接在一起；自關(guān)斷開關(guān)管(T1)的發(fā)射極或源極、電阻(R)的一端和直流電抗器(L1)的一端接在一起；直流電抗器(L1)的另一端與整流橋中二極管(D3、D4)的公共陽極和電阻(R)的另一端接在一起；旁路電抗器(L2)的一端、氧化鋅過電壓吸收器(ZnO)的一端和二極管(D3)的陰極、二極管(D1)的陽極接在一起，為限流器的一個出線端子；旁路電抗器(L2)的另一端、氧化鋅過電壓吸收器(ZnO)的另一端和二極管(D4)的陰極、二極管(D2)的陽極接在一起，為限流器的另一個出線端子。
2、 一種具有耗能電阻的短路故障限流器，由二極管(D1~D6)組成的二極 管整流橋、自關(guān)斷開關(guān)管(T1)、電阻(R)、直流電抗器(L1)、旁路電抗器(L2 L4)、氧化鋅過電壓吸收器(Zn01~Zn03)構(gòu)成；其特征是二極管(Dl、 D2、 D3)的陰極、自關(guān)斷開關(guān)管(T1)的集電極或漏極接在一起；自關(guān)斷開關(guān)管(T1) 的發(fā)射極或源極、電阻(R)的一端和直流電抗器(Ll)的一端接在一起；二極 管(D4、 D5、 D6)的陽極、直流電抗器(Ll)的另一端、電阻(R)的另一端接 在一起；旁路電抗器(L2)的一端、氧化鋅過電壓吸收器(Zn01)的一端、二 極管(Dl)的陽極、二極管(D4)的陰極接在一起，構(gòu)成限流器a相的出線端 子；旁路電抗器(L3)的一端、氧化鋅過電壓吸收器(Zn02)的一端、二極管(D2) 的陽極、二極管(D5)的陰極接在一起，構(gòu)成限流器b相的出線端子；旁路電抗 器(L4)的一端、氧化鋅過電壓吸收器(Zn03)的一端、二極管(D3)的陽極、二極 管(D6)的陰極接在一起，構(gòu)成限流器c相的出線端子；旁路電抗器(L2、 L3、 L4) 的另一端和氧化鋅過電壓吸收器(ZnOl、 Zn02、 Zn03)的另 一端接在一起。
專利摘要本實用新型公開了一種具有耗能電阻的短路故障限流器，由旁路電感L2、二極管組成的不控整流橋、直流電感L1、可控開關(guān)T1、電阻R、氧化鋅過電壓吸收器ZnO等組成。旁路電感L2和氧化鋅ZnO過電壓吸收器并聯(lián)后，再并聯(lián)在橋路交流端；直流電感L1和電阻R并聯(lián)，與可控開關(guān)T1串聯(lián)后，接在橋路的直流側(cè)。本實用新型應(yīng)用于交流電壓供電系統(tǒng)，使得整流橋路和直流電抗器L1既能限制短路故障初期的短路電流上升率，也能貢獻于短路故障發(fā)生后短路電流有效值，能夠減小旁路電感L2、L3、L4的電流定額，降低整個限流器的成本，而且，通過調(diào)節(jié)自關(guān)斷開關(guān)管T1驅(qū)動信號的頻率和占空比，還可以調(diào)整限流器在短路限流期間所提供的阻性含量，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
文檔編號H02H3/08GK201163716SQ20072013098
公開日2008年12月10日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者張艷莉, 費萬民, 都小利 申請人:南京師范大學(xué)