本發(fā)明涉及一種單相飽和鐵芯型故障限流器，屬于電力系統(tǒng)領域。

背景技術：

隨著人們對電力需求的日益增加，電力系統(tǒng)的負荷不斷加重，電網發(fā)生短路故障時的短路容量也越來越高，因此對電力設備等造成為危害也越來越嚴重，因此對短路故障限流器的研究也越來越重要。

磁飽和開關型電抗器就是多種電抗器中的一種，在系統(tǒng)正常工作時，由于直流勵磁電路的勵磁作用，磁飽和開關型電抗器達到磁飽和狀態(tài)，此時電抗器呈現為低阻抗，對電力系統(tǒng)的正常運行影響很低；而當系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，由于交流側的突增的短路電流同原本的直流勵磁相抵消，使得磁飽和開關型電抗器退出磁飽和狀態(tài)，呈現為高阻態(tài)，從而達到限制短路故障電流的效果。

傳統(tǒng)的磁飽和開關型電抗器具有正常工作時損耗小，故障發(fā)生時反應快等優(yōu)點，但是同時運行效率低，鐵芯使用效率只有50％，正常工作時直流勵磁電流需求大等問題都導致傳統(tǒng)型磁飽和開關型電抗器無法適應現階段的實際運行狀態(tài)。近年來，針對這些問題，各國專家提出了很多新的磁飽和開關型電抗器結構，采用開環(huán)鐵芯的方式減少電抗器鐵芯的使用，減少鐵芯損耗，但同時，由于開環(huán)方式使得正常工作時對直流勵磁電流的需求增大，不僅增大了直流勵磁電源的設計難度，同時必須使用超導線圈以達到所需要的載流量。

技術實現要素：

發(fā)明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種單相飽和鐵芯型故障限流器，具有結構簡單、占用空間小、穩(wěn)定高效等特點，能夠有效限制短路故障電流，同時降低磁飽和開關型電抗器對直流勵磁電流的需求，節(jié)約使用成本，經濟實用。

技術方案：為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種單相飽和鐵芯型故障限流器，包括口字型鐵芯、一組交流線圈繞組和兩組直流線圈繞組；

其中，兩組直流線圈繞組分別繞制在口字型鐵芯相對的兩側鐵芯上，且兩組直流繞組以反向串聯(lián)方式接入直流勵磁電路中；所述交流線圈繞組包裹在兩組直流線圈繞組外側，且交流線圈繞組串聯(lián)在交流電源和系統(tǒng)負載之間。

通過采用兩組直流勵磁線圈反向串聯(lián)方式進行連接，兩組直流線圈產生的直流磁通在口字型鐵芯中形成環(huán)路，從而使得在相同直流勵磁條件下，本發(fā)明中的飽和鐵芯型故障限流器更容易進入飽和狀態(tài)。

進一步的，所述兩組直流線圈繞組的匝數相同。由于兩個直流勵磁繞組采用反向串聯(lián)接法，匝數相同，因此，直流勵磁在交流線圈中產生的諧波也被抵消，從而減小功率損耗。

進一步的，所述交流線圈繞組及直流線圈繞組采用絲包扁銅線制成，且口字型鐵芯采用硅鋼片制成，成本較低且導磁能力強。

進一步的，所述口字型鐵芯的截面為圓形、橢圓形或矩形。

有益效果：本發(fā)明提供的一種單相飽和鐵芯型故障限流器，相對于現有技術，具有以下優(yōu)點：1、與傳統(tǒng)的單相磁開關式故障限流器一樣，當系統(tǒng)正常工作時，限流器呈現為低阻抗狀態(tài)，當系統(tǒng)出現短路故障時可以迅速呈現為高阻抗，有效限制短路電流的大?。?/p>

2、相比于傳統(tǒng)的單相磁開關式故障限流器，本發(fā)明提出的結構可以很大程度上減少限流器所需要的鐵芯材料，減少電抗器的制造成本，同時減少實際運行時的鐵芯損耗，提高了電抗器的運行效率；

3、在相同的直流勵磁條件下，本發(fā)明中的飽和鐵芯型故障限流器更容易進入飽和狀態(tài)，因此在系統(tǒng)正常工作時，本發(fā)明可以降低直流勵磁系統(tǒng)的設計難度，以及直流勵磁線圈的制造難度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的電路原理圖；

圖2為本發(fā)明實施例的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明與傳統(tǒng)磁飽和開關型電抗器在直流勵磁電流0～100a條件下的磁感應強度曲線圖；

圖4為本發(fā)明與傳統(tǒng)磁飽和開關型電抗器在短路故障發(fā)生且勵磁電流大小為0時的限流效果比較圖；

圖中包括：1—口字型鐵芯，2、4—直流線圈繞組，3—交流線圈繞組。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

如圖1、2所示為一種單相飽和鐵芯型故障限流器，包括口字型鐵芯1、一組交流線圈繞組3和兩組直流線圈繞組2、4；

其中，兩組直流線圈繞組2、4分別繞制在口字型鐵芯1相對的兩側鐵芯上，且兩組直流繞組2、4以反向串聯(lián)方式接入開關s2、直流勵磁電源dc和電阻r2之間，構成直流勵磁回路；所述交流線圈繞組3同時繞制于兩組直流線圈繞組2、4外側，且交流線圈繞組1串聯(lián)在交流電源ac、線路阻抗r1、開關s1和負載rl之間，構成交流回路。

本實施例中，所述兩組直流線圈繞組2、4的匝數相同，且反向串聯(lián)；所述交流線圈繞組3及直流線圈繞組2、4采用絲包扁銅線制成，且口字型鐵芯1采用dq120-30硅鋼片制成。

本發(fā)明中，所述口字型鐵芯的截面可采用圓形、橢圓形或矩形，且鐵芯的截面積、線圈匝數以及鐵芯的氣隙長度等由短路故障的容量以及所需電抗器的電抗值決定。

本發(fā)明的工作原理如下：

在系統(tǒng)正常工作時，直流勵磁電路對電抗器進行充電，此時鐵芯1的兩個鐵心柱都達到飽和狀態(tài)，此時鐵芯1呈現低阻抗，對于整個系統(tǒng)的影響很??；當開關s3閉合時，相當于系統(tǒng)發(fā)生了短路故障，此時，由于交流線圈中的交流電流突然增大，在交流正半周，鐵芯1左側的鐵心柱中增大交流電流磁鏈和直流勵磁電流磁鏈抵消，無法使得鐵芯進入飽和狀態(tài)，而鐵芯1右側的鐵心柱中交流磁鏈和直流磁鏈相疊加，仍然為飽和狀態(tài)，此時的電抗器整體呈現為高阻抗狀態(tài)，從而限制增大的短路電流。在交流負半周，鐵芯1右側的鐵心柱中增大交流電流磁鏈和直流勵磁電流磁鏈抵消，無法使得鐵芯進入飽和狀態(tài)，而鐵芯1左側的鐵心柱交流磁鏈和直流磁鏈相疊加，仍然為飽和狀態(tài)，此時的電抗器整體呈現為高阻抗狀態(tài)，依次交替，從而實現對短路電流電流的限制作用。

下面通過有限元仿真軟件對本發(fā)明在短路故障時的限流效果進行驗證，同時和傳統(tǒng)磁飽和開關型電抗器在正常工作狀態(tài)時的直流勵磁效果進行比較。

如圖3所示為當直流勵磁為0～100a條件下，對應鐵芯中磁感應強度的比較曲線，其中實線為新型磁飽和開關型電抗器(本發(fā)明提出的結構)在0～100a勵磁電流條件下的鐵芯飽和程度曲線，而虛線為傳統(tǒng)飽和開關型電抗器在0～100a勵磁電流條件下的鐵芯飽和程度曲線。從圖中不難發(fā)現，在很小的直流勵磁條件下，新型磁飽和開關型電抗器已經能夠達到飽和，但是傳統(tǒng)的磁飽和開關型電抗器在勵磁電流達到100a時，仍然很難達到飽和，由此可見，新型的磁飽和開關型電抗器相比于傳統(tǒng)的磁飽和開關型電抗器可以極大地降低直流勵磁電流的需求，減少直流勵磁部分的設計難度。

如圖4為當故障發(fā)生且勵磁電流大小為0時兩者的限流效果比較，虛線為未加裝電抗器時發(fā)生短路故障時，系統(tǒng)中流過的短路故障電流曲線，實線為加裝新型磁飽和開關型電抗器時的線路電流曲線，帶圓點的實線為加裝傳統(tǒng)型磁飽和開關型電抗器時線路電流曲線，由圖4不難看出，加裝本發(fā)明和傳統(tǒng)電抗器時，所具有的限流效果是相近的，本發(fā)明在解決了飽和狀態(tài)所需直流電流過大問題的同時，也保留有原本傳統(tǒng)飽和電抗器的限流效果。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。