電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器。本實(shí)用新型的目的是提供一種成本較低、動作迅速、安全可靠的電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，以確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，具有主導(dǎo)線和外殼箱體，其特征在于：所述外殼箱體內(nèi)置有鐵芯和螺旋柱金屬彈簧體，所述螺旋柱金屬彈簧體串接于主導(dǎo)線，該彈簧體兩端分別與主導(dǎo)線電連接，螺旋柱金屬彈簧體套于鐵芯上；所述外殼箱體內(nèi)填充絕緣滅弧介質(zhì)；所述螺旋柱金屬彈簧體在電網(wǎng)正常運(yùn)行時彈簧體緊縮，相鄰邊緊密接觸形成桶形螺旋柱金屬彈簧體；在電網(wǎng)短路故障時彈簧體伸張開形成螺旋線圈。
【專利說明】電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器。適用于電力系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著超高壓網(wǎng)的跨區(qū)互聯(lián)及大容量超臨界發(fā)電機(jī)組的不斷投入運(yùn)行，電力系統(tǒng)短 路電流水平日益增高，許多地區(qū)電網(wǎng)的短路電流水平已經(jīng)達(dá)到甚至超過電力規(guī)程所限定的 最大允許值。短路電流已超過開關(guān)的遮斷容量(如達(dá)到80KA或以上)，使電網(wǎng)面臨無高壓斷 路器可以選用的難題，很多500KV電網(wǎng)中在實(shí)際運(yùn)行中已將變壓器分列運(yùn)行，以降低短路 時的沖擊電流。由于缺乏限流裝置，短路故障正嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
[0003] 電力系統(tǒng)短路故障對高壓電氣設(shè)備本身和系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有很大的危害性。具 體表現(xiàn)在：①短路電流的動、熱穩(wěn)定效應(yīng)可能會損壞電氣設(shè)備。一方面，短路電流流過電氣 設(shè)備時，強(qiáng)烈的熱效應(yīng)會引起導(dǎo)體或其絕緣的損壞。另一方面，導(dǎo)體流過短路電流時，受到 很大的電動力沖擊，引發(fā)導(dǎo)體變形，甚至損壞；②短路故障發(fā)生時電網(wǎng)中電壓會降低，尤其 是靠近短路故障點(diǎn)處的電壓明顯下降，嚴(yán)重影響用戶供電，導(dǎo)致電氣設(shè)備無法正常工作，甚 至引發(fā)設(shè)備損壞和造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格等后果；③系統(tǒng)發(fā)生短路相當(dāng)于改變了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)， 必然引起系統(tǒng)中功率分布的變化，則發(fā)電機(jī)的輸出功率也相應(yīng)發(fā)生變化。無論在哪一點(diǎn)發(fā) 生短路，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率都將下降，但發(fā)電機(jī)的輸入功率由原動機(jī)或進(jìn)水量決定，不 可能立即變化，這樣，發(fā)電機(jī)輸入和輸出功率的不平衡必然引起轉(zhuǎn)速變化，從而可能導(dǎo)致并 列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，甚至造成大面積停電。
[0004] 目前國內(nèi)外電力設(shè)備制造廠商所能生產(chǎn)的大部分高壓斷路器中，電壓等級在 500KV及以上的額定短路開斷電流一般在63KA以下，很難滿足系統(tǒng)需要開斷較大短路電流 的要求，而且隨著電網(wǎng)容量的不斷擴(kuò)大和全國聯(lián)網(wǎng)的不斷加強(qiáng)，這種矛盾會越來越突出。盡 管采用改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的方法可以解決電網(wǎng)短路電流的抑制問題，但同時損害了電網(wǎng)運(yùn)行的 靈活性與經(jīng)濟(jì)性，同時也增加不同段上母線負(fù)荷變化調(diào)配的難度。因此，如何限制系統(tǒng)短路 故障電流已成為現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展中所面臨的一個不可回避的重大技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題。
[0005] 高壓電網(wǎng)對故障限流器的要求如下：
[0006] (1)正常運(yùn)行時，限流裝置呈低阻抗或零阻抗?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)的有功率和無功功率損耗 小，對系統(tǒng)無任何影響(壓降為零）；
[0007] (2)故障發(fā)生后，裝置應(yīng)能在極短時間內(nèi)（0. 02秒內(nèi)）動作，在故障電流到達(dá)第一 個峰值前有效限制短路電流；
[0008] (3)動作時不引起系統(tǒng)暫態(tài)振蕩、過電壓等副作用；
[0009] (4)不影響繼電保護(hù)等設(shè)備的正確動作；
[0010] (5)裝置有自動復(fù)位功能和多次連續(xù)動作能力；
[0011] (6)設(shè)備的成本及運(yùn)行費(fèi)用低，可以承受的體積和重量，可靠性高，維修量和維護(hù) 費(fèi)用低。
[0012] 在大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，隨著風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量不斷增大和風(fēng)電場規(guī)模的不斷 擴(kuò)大，風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)間的相互影響已日趨嚴(yán)重。當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)短路故障時，由于電壓瞬間跌 落，迫使大面積風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，將嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。因此，要求風(fēng)電機(jī)組必 須具備低電壓穿越能力。通過應(yīng)用短路故障限流器來維持電網(wǎng)電壓，可以保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn) 行。
[0013] 在國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)中，作為限流器分二大類，一類是瞬變形限流器，另一類是電抗 器系列。如超導(dǎo)型(屬瞬變型限流器)，瑞士 ABB公司也分別在1996年和2002年研制了 1. 2 MVA和6. 4 MVA的電阻型超導(dǎo)限流器：2004年，日本Toshiba公司利用超導(dǎo)高溫材料研 制了 66 kV750 A的超導(dǎo)限流器。
[0014] 隨著串聯(lián)諧振電力電子限流器FCL受到重視的程度日益提高，國內(nèi)很多機(jī)構(gòu)單位 投入其研究與應(yīng)用。中國科學(xué)院電工研究所聯(lián)合國內(nèi)多家單位共同研究開發(fā)的我國首臺三 相高溫超導(dǎo)限流器成功將3500 A (有效值）限制到635 A (有效值)，且短路瞬間波形無突 變。由天津機(jī)電工業(yè)控股集團(tuán)公司和北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司聯(lián)合研制的220kV超 導(dǎo)磁飽和型FCL，于2007年成功投入實(shí)際應(yīng)用，是目前世界上掛網(wǎng)試運(yùn)行的電壓等級最高、 容量最大的超導(dǎo)限流器。
[0015] 當(dāng)前應(yīng)用于高壓電網(wǎng)的故障限流器工程解決方案不多。超導(dǎo)型故障限流器和電力 電子型故障限流器，因可靠性低和投資太大，當(dāng)前還很難推廣?，F(xiàn)有工程應(yīng)用的解決方案主 要有兩種：①加裝串聯(lián)電抗器；②加裝基于串聯(lián)諧振型的限流器。目前國內(nèi)外高壓電網(wǎng)中 大都采用串聯(lián)電抗器來限制短路電流，其缺點(diǎn)是增加了系統(tǒng)阻抗，消耗大量無功，影響了電 網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
[0016] 串接型限流電抗器型，限流電抗器串聯(lián)于電力系統(tǒng)中，在系統(tǒng)發(fā)生故障時限制短 路電流值，使之降低以滿足其后所接設(shè)備的短路電流容許值的要求。限流電抗器現(xiàn)有干式 空心限流電抗器和混凝土柱式限流電抗器兩種。但電抗器在平時運(yùn)行時會有高達(dá)幾個歐 姆至十幾歐姆的阻抗，損耗功率高達(dá)數(shù)百千瓦，會造成電能的極大浪費(fèi)，很難大規(guī)模應(yīng)用推 廣。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0017] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：針對上述存在的問題，提供一種成本較低、動作 迅速、安全可靠的電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，以確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0018] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，具 有主導(dǎo)線和外殼箱體，其特征在于：所述外殼箱體內(nèi)置有鐵芯和螺旋柱金屬彈簧體，所述螺 旋柱金屬彈簧體串接于主導(dǎo)線，該彈簧體兩端分別與主導(dǎo)線電連接，螺旋柱金屬彈簧體套 于鐵芯上；所述外殼箱體內(nèi)填充絕緣滅弧介質(zhì)；
[0019] 所述螺旋柱金屬彈簧體在電網(wǎng)正常運(yùn)行時彈簧體緊縮，相鄰邊緊密接觸形成桶形 螺旋柱金屬彈簧體；在電網(wǎng)短路故障時彈簧體伸張開形成螺旋線圈。
[0020] 所述螺旋柱金屬彈簧體采用馬氏體形狀記憶功能的金屬彈性材料；
[0021] 常溫時螺旋柱金屬彈簧體為低溫相形狀，彈簧體緊縮，相鄰邊緊密接觸形成桶形 螺旋柱金屬彈簧體；受熱時螺旋柱金屬彈簧體恢復(fù)高溫相形狀，彈簧體伸張開形成螺旋線 圈。
[0022] 所述外殼箱體內(nèi)設(shè)置用于拉緊螺旋柱金屬彈簧體的彈簧拉緊裝置，包括電流互感 器、直線拉伸型電磁鐵、磁鐵拉桿和二次彈簧，其中直線拉伸型電磁鐵安裝于螺旋柱金屬彈 簧體一端，固定于外殼箱體，電磁鐵上安裝磁鐵拉桿，該拉桿經(jīng)二次彈簧連接螺旋柱金屬彈 簧體遠(yuǎn)離電磁鐵端，所述直線拉伸型電磁鐵經(jīng)取電裝置從主導(dǎo)線上獲取電流。
[0023] 所述外殼箱體上設(shè)有彈簧伸縮操作機(jī)構(gòu)，電網(wǎng)正常運(yùn)行時彈簧伸縮操作機(jī)構(gòu)壓緊 所述螺旋柱金屬彈簧體，彈簧體相鄰邊緊密接觸形成桶形螺旋柱金屬彈簧體；電網(wǎng)短路故 障時彈簧伸縮操作機(jī)構(gòu)拉伸螺旋柱金屬彈簧體形成螺旋線圈。
[0024] 所述彈簧伸縮操作機(jī)構(gòu)包括主拉桿、副拉桿和由短路電流控制啟動的操動機(jī)構(gòu)， 所述螺旋柱金屬彈簧體一端經(jīng)主拉桿固定于外殼箱體，另一端經(jīng)主拉桿和副拉桿連接操動 機(jī)構(gòu)動作端，該操動機(jī)構(gòu)固定于外殼箱體。
[0025] 所述螺旋柱金屬彈簧體為矩形、E形、Η形、I形或U形截面的圓柱螺旋壓縮彈簧。
[0026] 所述螺旋柱金屬彈簧體上沿其軸線設(shè)有若干電接點(diǎn)抽頭，分別連接有載分接開關(guān) 上對應(yīng)的接頭。
[0027] 所述鐵芯上套有內(nèi)套管，螺旋柱金屬彈簧體上套有外套管；所述內(nèi)套管和外套管 由耐高溫聚合物、氟塑料或耐高溫陶瓷材料制成。
[0028] 所述鐵芯為氣隙式或油隙式鐵芯，其材料為硅鋼片、鎳鐵、鈷鐵、非晶態(tài)金屬合金、 鐵氧體或鑰坡莫合金。
[0029] 所述絕緣滅弧用介質(zhì)為惰性氣體、真空、液體絕緣介質(zhì)油或絕緣型耐高溫的潤滑 油；所述滅弧用介質(zhì)為惰性氣體或真空時，外殼箱體采用金屬殼體，滅弧用介質(zhì)為液體絕緣 介質(zhì)油或絕緣型耐高溫的潤滑油時，外殼箱體采用聚合物材料或陶瓷體材料。
[0030] 本實(shí)用新型瞬變型電阻抗器裝置，設(shè)計(jì)了具有二個工作位置狀態(tài)的螺旋柱金屬彈 簧體，在彈簧體緊縮相鄰線圈緊密接觸后，實(shí)質(zhì)為桶形螺旋柱金屬彈簧體，而在其被外力拉 開后，又變成為一個螺旋線圈，即成為一個電抗器，從而實(shí)現(xiàn)了具有雙重電氣特性的裝置。
[0031] 本實(shí)用新型瞬變型電阻抗器分二類，一類為無源操動型，另一類屬有源操動型。
[0032] 所謂無源操動型是指電網(wǎng)短路電流發(fā)生時，依靠短路電流自身的大電流效應(yīng)來啟 動。按啟動方式又可分為二種，一種是利用馬氏體形狀記憶效應(yīng)，利用大電流發(fā)熱使彈簧張 開，而形成了線圈的狀態(tài)。另一種是平時運(yùn)行由直線拉伸型電磁鐵、磁鐵拉桿和二次彈簧拉 緊彈簧體；從取電裝置的二次側(cè)取到短路電流值，連接到直線拉伸型電磁鐵的線圈中，使磁 鐵拉桿和二次彈簧松開彈簧體，促使彈簧伸張而變成電磁線圈。
[0033] 有源操動型中其拉動螺旋柱金屬彈簧體的操動機(jī)構(gòu)為需要提供較大功率的電動 力的操作機(jī)構(gòu)，可以是液壓、氣動等功率型操動機(jī)構(gòu)。由于使用了外界的能量來驅(qū)動，從 而使螺旋柱金屬彈簧體的機(jī)械位置改變，以提高其快速性及滿足限流器其它的電氣物理指 標(biāo)。
[0034] 一般有源型操動型多應(yīng)用于高電壓、大功率型的限流器中的操作機(jī)構(gòu)中，而與無 源型操動型配套的限流器裝置，一般相對的電壓等級低的場合。
[0035] 關(guān)于形狀記憶合金的描述，合金在低溫下被施加應(yīng)力產(chǎn)生變形，應(yīng)力去除后，形變 保留，但加熱會逐漸消除形變，并恢復(fù)到高溫下的形狀，即具有能夠記憶高溫所賦予的形狀 的功能。這種現(xiàn)象稱為形狀記憶效應(yīng)（shape memory effect),簡稱SME。具有形狀記憶效 應(yīng)的合金稱為形狀記憶合金效應(yīng)（shape memory alloy),簡稱SMA。大部份形狀記憶合金 是利用熱彈性馬氏體相的形狀記憶原理。馬氏體相變的高溫相(母相)與馬氏體(低溫相)具 有可逆性。馬氏體晶核隨溫度下降逐漸長大，溫度回升是馬氏體又隨溫度上升而縮小，這種 馬氏體叫熱彈性馬氏體。
[0036] 本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型在短路的瞬間改變彈簧體形狀，增加導(dǎo)體 的線圈匝數(shù)，以增加電感量；縮小其截面大小，來增大其電阻值；以此方法大大增加了彈簧 體的綜合阻抗值。內(nèi)插裝鐵芯，增加了磁通量，配合彈簧形成電抗器，從而增大電路阻抗，維 持電網(wǎng)電壓，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037] 圖1為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖2為螺旋柱金屬彈簧體壓縮狀態(tài)示意圖。
[0039] 圖3為螺旋柱金屬彈簧體張開狀態(tài)示意圖。
[0040] 圖4為實(shí)施例2中彈簧拉緊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041] 圖5為實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 實(shí)施例1 :如圖1所示，本實(shí)施例為一種電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，具 有外殼箱體7、主導(dǎo)線2、鐵芯5和螺旋柱金屬彈簧體1，其中外殼箱體7內(nèi)填充絕緣滅弧介 質(zhì)3,主導(dǎo)線2穿過外殼箱體7,螺旋柱金屬彈簧體1置于外殼箱體7內(nèi)，該螺旋柱金屬彈簧 體串接于主導(dǎo)線2上(彈簧體兩端分別連接主導(dǎo)線)。螺旋柱金屬彈簧體1內(nèi)置一鐵芯5,鐵 芯上套有內(nèi)套管8,螺旋柱金屬彈簧體1外套有外套管9。內(nèi)套管8和外套筒9由耐高溫聚 合物、氟塑料或耐高溫陶瓷材料制成。
[0043] 本實(shí)施例中螺旋柱金屬彈簧體1采用馬氏體形狀記憶功能的金屬彈性材料制成。 常溫時螺旋柱金屬彈簧體1為低溫相形狀，彈簧體緊縮，相鄰邊緊密接觸形成桶形螺旋柱 金屬彈簧體；加熱時螺旋柱金屬彈簧體1恢復(fù)高溫相形狀，彈簧體伸張開形成螺旋線圈；冷 卻后螺旋柱金屬彈簧體1自動回到低溫相形狀。
[0044] 螺旋柱金屬彈簧體1為具有形狀記憶的耐高溫的鑰金屬或銅及合金，或以鑰為基 體摻雜Ni、鉻、鈮、鈷的合金金屬材料，或?yàn)殂~、鈹銅、鋁、不銹鋼、鉬、鎢、鎳、鈷、鐵、鉻金屬 材料或及其合金體，或是稀土、氧化物、碳化物、硼化物的摻雜結(jié)構(gòu)，如TZM、TZC的鑰合金材 料。
[0045] 鐵芯5為氣隙式或油隙式鐵芯，其材料為硅鋼片、鎳鐵、鈷鐵、非晶態(tài)金屬合金、鐵 氧體或鑰坡莫合金。
[0046] 絕緣滅弧用介質(zhì)體3可以是由惰性氣體、真空、SF6或液體絕緣硅油（Silicone oil)、復(fù)敏絕緣液（Formel)、合成脂（Midel7131)、β 液（Beta)、a 液（Alpha)、聚 a 烯 (Paos)等高燃點(diǎn)的液體絕緣介質(zhì)油，以及耐高溫的潤滑油（絕緣型)。（型號為潤勵，1200°C 工作溫度或美國Renewable型耐高溫潤滑油）。當(dāng)使用SF6氣體絕緣時外殼箱體7為金屬 殼體，當(dāng)使用油作絕緣介質(zhì)時外殼箱體7為耐高溫的聚合物材料或陶瓷體材料。
[0047] 螺旋柱金屬彈簧體1上沿其軸線設(shè)有若干電接點(diǎn)抽頭，分別連接有載分接開關(guān)4 上對應(yīng)的接頭，可在負(fù)載狀態(tài)下對彈簧體線圈進(jìn)行調(diào)節(jié)檔位操作。
[0048] 本例利用馬氏彈簧形狀記憶的特性，平時螺旋柱金屬彈簧體1緊縮工作，因相鄰 邊緊密接觸而構(gòu)成了一個桶形狀導(dǎo)電整體(見圖2)。當(dāng)電網(wǎng)產(chǎn)生短路故障時，此時短路電流 值為常規(guī)負(fù)荷電流的ΚΓ20倍，促使桶形導(dǎo)體發(fā)熱，發(fā)熱后因記憶效應(yīng)彈簧體自動伸張開 來，形成螺旋線圈(見圖3)，這樣裝置就達(dá)到了第二種工作狀態(tài)，呈現(xiàn)出電抗器的電氣特性， 電阻抗急劇增大，從而達(dá)到限流的目的；彈簧體內(nèi)設(shè)置鐵芯5,可以起到短路狀態(tài)時使磁阻 抗增大的作用。當(dāng)短路電流消失后，溫度冷卻復(fù)原，彈簧體受形狀記憶作用，又恢復(fù)到緊密 接觸的壓縮狀態(tài)，形成桶形狀導(dǎo)電整體，充當(dāng)螺旋柱金屬彈簧體的作用。
[0049] 實(shí)施例2 :本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于本例中增加了用于拉緊 螺旋柱金屬彈簧體1的彈簧拉緊裝置，以提高彈簧體緊縮程度。如圖4所示，本例中彈簧拉 緊裝置包括取電裝置6(如CT電流互感器)、直線拉伸型電磁鐵10、磁鐵拉桿11和二次彈簧 12,其中取電裝置6為直線拉伸型電磁鐵10供電，直線拉伸型電磁鐵10安裝于螺旋柱金屬 彈簧體1的一端，固定于外殼箱體7,電磁鐵上安裝磁鐵拉桿11，該拉桿經(jīng)二次彈簧12連接 螺旋柱金屬彈簧體1遠(yuǎn)離電磁鐵端。
[0050] 正常工作時，螺旋柱金屬彈簧體1由形狀記憶金屬處于壓縮狀態(tài)，為了提高緊縮 程度，設(shè)置了一只二次彈簧12加以拉緊。當(dāng)短路故障發(fā)生時，取電裝置6從主導(dǎo)線中感應(yīng) 出相應(yīng)分量的電流流送到直線拉伸型電磁鐵10,由電磁力啟動磁鐵拉桿11動作，使二次彈 簧12松開；螺旋柱金屬彈簧體1因短路電流產(chǎn)生的熱量加上磁鐵對彈簧體解除拉力的雙重 作用，使彈簧體張開而成為一個電感線圈，由于內(nèi)部仍設(shè)有磁鐵芯，該裝置變成了一個標(biāo)準(zhǔn) 的電抗器線圈，從而形成較大的阻抗值，限制了電網(wǎng)中的短路電流值。
[0051] 實(shí)施例3 :如圖5所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于本例中 在外殼箱體7內(nèi)安裝了用于壓縮和拉伸螺旋柱金屬彈簧體1的彈簧伸縮操作機(jī)構(gòu)，且本實(shí) 施例中螺旋柱金屬彈簧體1為鑰金屬制成的矩形截面圓柱螺旋壓縮彈簧。本例中彈簧伸縮 操作機(jī)構(gòu)包括主拉桿13、副拉桿14和操動機(jī)構(gòu)15(市售產(chǎn)品，要求動作時間小于0. 015秒， 其驅(qū)動方式可以是電磁式、彈簧式、液壓式、氣動式等幾種中的某一種)，其中螺旋柱金屬彈 簧體1 一端經(jīng)主拉桿13固定于外殼箱體7,另一端經(jīng)主拉桿13和副拉桿14連接操動機(jī)構(gòu) 15動作端，該操動機(jī)構(gòu)安裝于外殼箱體7外。
[0052] 本實(shí)施例中當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時，操動機(jī)構(gòu)15和主、副拉桿將螺旋柱金屬彈簧體1 壓緊，其導(dǎo)體相鄰極緊密接觸后，形成一個桶形螺旋柱金屬彈簧體，而其截面積為該柱體的 壁厚度再乘以其周長，此時相對呈現(xiàn)的阻抗值較小。當(dāng)產(chǎn)生短路電流故障，經(jīng)由繼電保護(hù) 二次裝置送來的信號（或電流互感器CT、電壓互感器PT或其它傳感器元件的信號）啟動操 動機(jī)構(gòu)15,將已經(jīng)壓緊的螺旋柱金屬彈簧體1經(jīng)由主、副拉桿拉開，彈簧體快速變形到伸長 (張開）的位置，在彈簧張開后流經(jīng)原桶形螺旋柱金屬彈簧體兩端的電流由原本從柱體大面 積的表面均勻流過，現(xiàn)在瞬間改為沿著由矩形體組成的彈簧絲線上流過，電流通過導(dǎo)體的 面積瞬時變小，同時產(chǎn)生電感，L= μ (N2S/I)，由于匝數(shù)N大大增加，乂 = 2^1江，電抗值亦 大大增加了。同時，由于短路電流流過彈簧體因超載而產(chǎn)生過熱呈紅熾現(xiàn)象，產(chǎn)生正的電阻 溫度系數(shù)，電阻值將大大提升，同時電抗值亦產(chǎn)生了更大的變化。
[0053] 本實(shí)施例中螺旋柱金屬彈簧體1所采用的鑰金屬（M0)是一種銀白色金屬，外形似 鋼。鑰的熔點(diǎn)高，蒸氣壓很低，蒸發(fā)速度也較小。它的延伸性能比鎢好，易于壓制加工，可以 加工成很薄的箔材和很細(xì)的絲材。鑰的硬度和強(qiáng)度極限比鎢低，它的熱膨脹系數(shù)與玻璃接 近。它的主要物理性質(zhì)如下：
[0054] 熔點(diǎn)（°C ) :2622±10,熔化熱（kj/mol) :27· 6±2· 9,比熱容（W/g · k) :20°C 時 0.245，熱導(dǎo)率[1八8*10]:201：時146.5，電阻率（0.〇11):271：時5.78，電阻溫度系數(shù) (1/°C) :0· 0047,輻射能（W/cm2) :730°C時 0· 55。
[0055] Λ T = 2000°C，鑰材料的電阻溫度系數(shù)為0. 0047, Rt=9. 4倍，若截面積變化X長 度變化，為65倍，則該彈簧電阻增加的倍率65X9. 4 = 611倍，即若原設(shè)計(jì)的柱體電阻值為 0. 0005 Ω，彈簧張開后變?yōu)?. 3 Ω，前述計(jì)算的是純電阻值的變化。
[0056] 本例中由于矩形截面圓柱螺旋壓縮彈簧的拉伸，同時由于內(nèi)部還嵌有帶氣隙磁鐵 芯，該彈簧流過電流后，將產(chǎn)生瞬時的電抗X，計(jì)算方法如下：
[0057] 彈簧電抗器電抗值的計(jì)算方法，電感線圈接入到交流電路中后，將產(chǎn)生感抗，其中 大小由XL = 2 π fL，式中，L :電感線圈電感量（H)亨，f :交流電的頻率（HZ)，而電感量又可 以表示為L = μ (N2/I)S，
[0058] μ :介質(zhì)的導(dǎo)磁率，在空氣中μ 在矽鋼片中μ = 600?7000,常 規(guī)取2600，
[0059] Ν :線圈的匝數(shù)，I :線圈長度或等效磁隙長度（Μ)
[0060] S:線圈或鐵芯體的橫截面積（m2)，L電感量（Η)。
[0061] 在工程中，一般選用鐵芯式電抗器，鐵芯式電抗器的主磁路由磁導(dǎo)率高的鐵磁材 料構(gòu)成，因此對于相同的線圈，鐵芯式電抗器的電抗值比空心式大。當(dāng)磁密較高時，鐵芯會 飽和，而導(dǎo)致鐵芯電抗器的電抗值變?。豢招氖诫娍蛊鞯碾娍怪悼偸潜３譃槌?shù)。
[0062] 電抗器就其磁路結(jié)構(gòu)而言，有空氣式電抗器和帶間隙的鐵芯式電抗器兩種?？?氣式電抗器無鐵芯，磁路主要由非鐵磁材料(例如空氣、變壓器油等）構(gòu)成，其磁導(dǎo)率 μ?μ〇,是常數(shù)，不隨負(fù)載電流變化而變化。帶間隙的鐵芯式電抗器（以下簡稱鐵芯式電 抗器）的磁路由帶氣隙(或油隙）的鐵芯柱構(gòu)成，假若鐵芯柱中不設(shè)置一定長度的氣隙，則其 磁導(dǎo)將呈非線性，當(dāng)負(fù)載電流超過一定數(shù)值時，鐵芯就會飽和，其磁導(dǎo)率會急劇下降，從而 電感、電抗也就急劇下降，會影響電抗器所接系統(tǒng)的正常工作。
[0063] 如，在實(shí)際工程案例中，取氣隙電抗器相關(guān)參數(shù)如下：
[0064] μ 0=4 31 lO^H/m，匝數(shù)Ν = 100阻，鐵芯直徑(λ 33m，芯柱有效截面積S = 8.12X10 -2m2取磁氣隙長度L = 0.05m
[0065] 由 XL = 2Jify (N2/I)S = 2ji X50X4ji ΧΙΟ ^ 7X [(1002X8. 12Χ1(Γ2)/0· 05]=6· 4Ω
[0066] 由此，在彈簧體的綜合電抗為Z = 0. 3 Ω+」6. 4Ω，為復(fù)合阻抗的向量表述。
[0067] 由此計(jì)算可知，在電網(wǎng)短路瞬間，經(jīng)由彈簧伸縮操作機(jī)構(gòu)拉開螺旋柱金屬彈簧體1 后，可在極短的時間內(nèi)，約〇. 015秒內(nèi)可串接入高達(dá)Ζ = 0. 3 Ω+」6. 4 Ω大小復(fù)阻抗值，這個 數(shù)值一般可減少一半左右的短路電流值，同時可按系統(tǒng)運(yùn)行的大小來進(jìn)行電抗器檔位的調(diào) 整，確保設(shè)計(jì)將短路電流限制在規(guī)定的范圍以內(nèi)。
[0068] 若設(shè)置足夠的匝數(shù)，經(jīng)計(jì)算將可產(chǎn)生約Xd=2?10 Ω的電抗值，為此在短路的瞬 間，由于彈簧體形狀的變化，在電路中等于瞬間串了一個可通過2?10Ω的電抗值，這對高 壓電網(wǎng)中及時限制短路電流的大小，以及減少對開關(guān)遮斷容量的沖擊危害，有著重要作用。
【權(quán)利要求】
1. 一種電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，具有主導(dǎo)線（2)和外殼箱體（7)，其特征 在于：所述外殼箱體（7)內(nèi)置有鐵芯（5)和螺旋柱金屬彈簧體（1)，所述螺旋柱金屬彈簧體 (1)串接于主導(dǎo)線（2)，該彈簧體兩端分別與主導(dǎo)線電連接，螺旋柱金屬彈簧體（1)套于鐵 芯（5)上；所述外殼箱體（7)內(nèi)填充絕緣滅弧介質(zhì)（3); 所述螺旋柱金屬彈簧體（1)在電網(wǎng)正常運(yùn)行時彈簧體緊縮，相鄰邊緊密接觸形成桶形 導(dǎo)電體；在電網(wǎng)短路故障時彈簧體伸張開形成螺旋線圈。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，其特征在于：所述螺 旋柱金屬彈簧體（1)采用馬氏體形狀記憶功能的金屬彈性材料； 常溫時螺旋柱金屬彈簧體（1)為低溫相形狀，彈簧體緊縮，相鄰邊緊密接觸形成桶形導(dǎo) 電體；受熱時螺旋柱金屬彈簧體（1)恢復(fù)高溫相形狀，彈簧體伸張開形成螺旋線圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，其特征在于：所述外 殼箱體（7)內(nèi)設(shè)置用于拉緊螺旋柱金屬彈簧體（1)的彈簧拉緊裝置，包括取電裝置（6)、直 線拉伸型電磁鐵（10)、磁鐵拉桿（11)和二次彈簧（12)，其中直線拉伸型電磁鐵（10)安裝于 螺旋柱金屬彈簧體（1) 一端，固定于外殼箱體（7)，電磁鐵上安裝磁鐵拉桿（11)，該拉桿經(jīng) 二次彈簧（12 )連接螺旋柱金屬彈簧體（1)遠(yuǎn)離電磁鐵端，所述直線拉伸型電磁鐵（10 )經(jīng)取 電裝置（6)從主導(dǎo)線（2)上獲取電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，其特征在于：所述外 殼箱體（7)上設(shè)有彈簧伸縮操作機(jī)構(gòu)，電網(wǎng)正常運(yùn)行時彈簧伸縮操作機(jī)構(gòu)壓緊所述螺旋柱 金屬彈簧體（1)，彈簧體相鄰邊緊密接觸形成桶形導(dǎo)電體；電網(wǎng)短路故障時彈簧伸縮操作 機(jī)構(gòu)拉伸螺旋柱金屬彈簧體（1)形成螺旋線圈。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，其特征在于：所述彈 簧伸縮操作機(jī)構(gòu)包括主拉桿（13)、副拉桿（14)和由短路電流控制啟動的操動機(jī)構(gòu)（15)，所 述螺旋柱金屬彈簧體（1) 一端經(jīng)主拉桿（13)固定于外殼箱體（7)，另一端經(jīng)主拉桿（13)和 副拉桿（14)連接操動機(jī)構(gòu)（15)動作端，該操動機(jī)構(gòu)固定于外殼箱體（7)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，其特征在于：所 述螺旋柱金屬彈簧體（1)為矩形、E形、Η形、I形或U形截面的圓柱螺旋壓縮彈簧。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1飛任意一項(xiàng)所述的電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，其特征在 于：所述螺旋柱金屬彈簧體（1)上沿其軸線設(shè)有若干電接點(diǎn)抽頭，分別連接有載分接開關(guān) (4)上對應(yīng)的接頭。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)短路故障限流用瞬變型電阻抗器，其特征在于：所述鐵 芯（5 )上套有內(nèi)套管（8 )，螺旋柱金屬彈簧體（1)上套有外套管（9 );所述內(nèi)套管（8 )和外套 管（9)由耐高溫聚合物、氟塑料或耐高溫陶瓷材料制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)限流用瞬變型電阻抗器，其特征在于：所述鐵芯（5)為氣 隙式或油隙式鐵芯，其材料為硅鋼片、鎳鐵、鈷鐵、非晶態(tài)金屬合金、鐵氧體或鑰坡莫合金。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)限流用瞬變型電阻抗器，其特征在于：所述絕緣滅弧 用介質(zhì)（3)為惰性氣體、真空、液體絕緣介質(zhì)油或絕緣型耐高溫的潤滑油；所述滅弧用介質(zhì) (3)為惰性氣體或真空時，外殼箱體（7)采用金屬殼體，滅弧用介質(zhì)（3)為液體絕緣介質(zhì)油 或絕緣型耐高溫的潤滑油時，外殼箱體（7)采用聚合物材料或陶瓷體材料。
【文檔編號】H02H9/02GK203911466SQ201420268849
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】張健 申請人:張健