專利名稱：變阻抗自耦變壓器型短路限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)故障保護(hù)和電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種變阻抗自耦變壓器型短路限流器。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷發(fā)展，其短路容量(電流)越來越大，不但極大地增加了主變、斷路器等電氣設(shè)備的選型難度和建設(shè)成本，而且對電網(wǎng)的安全運行造成潛在的嚴(yán)重威脅。目前我國許多地區(qū)(特別是較發(fā)達(dá)地區(qū))電網(wǎng)的短路電流水平都已接近甚至超過現(xiàn)有斷路器的遮斷容量，因此有效限制電網(wǎng)短路電流，進(jìn)而控制電力系統(tǒng)短路容量迫在眉睫?；诂F(xiàn)有斷路器無論在遮斷容量還是重復(fù)開斷性能等方面都越來越難以滿足電網(wǎng)發(fā)展的需要，各種短路電流限流器方案被紛紛提出。但由于技術(shù)性能，或體積、成本等原因，目前還沒有一種短路限流器達(dá)到成熟的工業(yè)化應(yīng)用階段。中國發(fā)明ZL200410018194.4 (—種電力電子型短路故障限流器)給出了一種變阻抗耦合變壓器型短路故障限流器，其用于單相的主電路原理結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括一臺雙繞組耦合變壓器、一個由兩個晶間管與兩個二極管組成的單相整流橋和接在單相整流橋直流側(cè)的一個直流電感；雙繞組耦合變壓器的一次側(cè)(原邊繞組)串接在電網(wǎng)主電路中，二次側(cè)(副邊繞組)與單相整流橋的交流側(cè)相連。該發(fā)明中的雙繞組耦合變壓器采用特殊設(shè)計(核心技術(shù)之一)，允許其鐵芯在電網(wǎng)發(fā)生短路故障時進(jìn)入深飽和狀態(tài)，并利用耦合變壓器一次側(cè)繞組等效飽和電抗限制穩(wěn)態(tài)短路電流，從而達(dá)到減小雙繞組耦合變壓器及直流電感、進(jìn)而整個固態(tài)限流裝置體積與成本的目的。本發(fā)明所提出的是一種采用自耦式變壓器結(jié)合電力電子技術(shù)形成的變阻抗自耦變壓器型短路限流器(主電路原理結(jié)構(gòu)見圖2、圖3)，與中國發(fā)明ZL200410018194.4相比， 其最大不同點在于本發(fā)明采用自耦式變壓器替代原來的雙繞組變壓器(其副邊繞組就是抽頭引出的原邊部分繞組)，且當(dāng)電網(wǎng)(限流器串連接入電網(wǎng)主電路附近)發(fā)生短路故障時， 其副邊將隨著整流橋的關(guān)斷而等效于開路，從而使得自耦變壓器的全部繞組都作為限流電抗串入電網(wǎng)主電路限制穩(wěn)態(tài)短路電流。因此與發(fā)明ZL200410018194.4相比，具有進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)，減小體積、重量與成本，并能兼顧可靠性、低成本等特點，利于在電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種變阻抗自耦變壓器型短路限流器，特別適用于電力系統(tǒng)輸配電網(wǎng)故障限流等領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的變阻抗自耦變壓器型短路限流器， 它包括一個單相自耦變壓器、一個由兩個晶間管、兩個二極管組成的單相整流橋以及一個直流電感；其中，單相整流橋中的第一晶閘管的陽極與第一二極管的陽極以及直流電感的一端相連，第一晶閘管的陰極與第二晶閘管的陽極以及單相自耦變壓器副邊的一個交流端相連，第一二級管的陰極與第二二級管的陽極以及單相自耦變壓器副邊的另一個交流端相連，第二晶閘管的陰極與第二二極管的陰極以及直流電感的另一端相連。自耦變壓器副邊亦可具有多個抽頭，通過在每兩個抽頭間分別接入一個單相整流橋和一個直流電感的方式提高限流器電壓等級和適用范圍。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明變阻抗自耦變壓器型短路限流器采用自耦式變壓器替代傳統(tǒng)的雙繞組變壓器(其副邊繞組就是抽頭引出的原邊部分繞組)，且當(dāng)電網(wǎng)(限流器串連接入電網(wǎng)主電路附近)發(fā)生短路故障時，其副邊將隨著整流橋的關(guān)斷而等效于開路， 從而使得自耦變壓器的全部繞組都作為限流電抗串入電網(wǎng)主電路限制穩(wěn)態(tài)短路電流；具有進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)，減小體積、重量與成本，并能兼顧可靠性、低成本等特點，有利于在電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。


圖1是已申請獲得的耦合變壓器型橋式故障限流器發(fā)明(一種電力電子型短路故障限流器，ZL200410018194. 4)的單相主電路原理結(jié)構(gòu)；
圖2是本發(fā)明變阻抗自耦變壓器型短路限流器在變阻抗自耦變壓器副邊只有一個抽頭時的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明變阻抗自耦變壓器型短路限流器在變阻抗自耦變壓器副邊具有多個抽頭時的結(jié)構(gòu)示意圖(兩抽頭接線實例)。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。圖2是本發(fā)明變阻抗自耦變壓器型短路限流器在變阻抗自耦變壓器副邊只有一個抽頭時的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明變阻抗自耦變壓器型短路限流器包括一個單相自耦變壓器、一個由兩個晶間管、兩個二極管組成的單相整流橋以及一個直流電感。其中，單相整流橋中的第一晶閘管的陽極與第一二極管的陽極以及直流電感的一端相連，第一晶閘管的陰極與第二晶閘管的陽極以及單相自耦變壓器副邊的一個交流端相連，第一二級管的陰極與第二二級管的陽極以及單相自耦變壓器副邊的另一個交流端相連，第二晶閘管的陰極與第二二極管的陰極以及直流電感的另一端相連。圖3是本發(fā)明變阻抗自耦變壓器型短路限流器在變阻抗自耦變壓器副邊具有多個抽頭時的結(jié)構(gòu)示意圖(兩抽頭接線實例)。如圖3所示，自耦變壓器副邊亦可具有多個抽頭，通過在每兩個抽頭間分別接入一個單相整流橋和一個直流電感的方式提高限流器電壓等級和適用范圍。變阻抗自耦變壓器型短路限流器的工作原理是如圖2所示，正常工作時單相整流橋全開通(第一晶間管、第二晶間管觸發(fā)導(dǎo)通)，直流電感在經(jīng)過短暫的啟動暫態(tài)過程后被充電(充磁)至負(fù)載電流峰值，限流器進(jìn)入正常穩(wěn)定工作狀態(tài)。此后，由于第一二極管、第二二極管(亦可采用始終工作在全開通狀態(tài)的晶閘管代替)的續(xù)流作用，整流橋的直流輸出端被續(xù)流管短接(在每周波電流峰值附近有一個短暫的充磁過程)，忽略功率半導(dǎo)體管管壓降，則整流橋的交流輸入端、亦即自耦變壓器的副邊(圖2中N、B之間繞組)進(jìn)而原邊(圖2 中A、B之間繞組)等效于被短接，從而使串聯(lián)在電網(wǎng)主電路中的限流器等效阻抗接近于零，基本不影響電網(wǎng)正常運行。當(dāng)電網(wǎng)(限流器安裝點附近)發(fā)生短路故障時，系統(tǒng)等效電源電壓將全部(或大部分)加到自耦變壓器原邊并進(jìn)而耦合到副邊，從而迫使兩個二極管其中之一或者全部關(guān)斷(反向電壓截止)，導(dǎo)致整流橋交流側(cè)輸入電流以及流過直流電感中的電流增大(在原有正常穩(wěn)態(tài)峰值電流基礎(chǔ)上快速上升)，等效于直流電感經(jīng)單相整流橋串入到自耦變壓器副邊，進(jìn)而經(jīng)變壓器耦合串入電網(wǎng)主電路中以限制短路電流第一波峰值；當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時立即封鎖晶間管觸發(fā)脈沖，使單相整流橋快速退出運行，此時自耦變壓器副邊等效于開路，從而自耦變壓器完全等效成一臺電抗器(圖2中A、B之間繞組電抗值)并串入到電網(wǎng)主電路中，達(dá)到限制短路電流穩(wěn)態(tài)值的目的。 如圖3所示，耦合變壓器副邊具有多個抽頭(圖3中以具有Ni、N2兩個抽頭為例) 的單相變阻抗自耦變壓器型短路限流器的主電路原理結(jié)構(gòu)與接線，其每個單相整流器的工作原理與只有單個抽頭的情況基本一致。需要說明的是，當(dāng)電網(wǎng)(限流器安裝點附近)發(fā)生短路故障而使系統(tǒng)電壓全部(或部分)加在自耦變壓器原邊并耦合到副邊時，接在副邊的各個單相整流橋及直流側(cè)直流電感將共同承擔(dān)系統(tǒng)電壓和短路電流。這種多個整流橋交流側(cè)通過自耦變壓器副邊抽頭進(jìn)行串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，可有效提高整個限流器承受高電壓的能力，且便于標(biāo)準(zhǔn)化、小型化設(shè)計與制造，利于減小體積、降低成本與推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求
1. 一種變阻抗自耦變壓器型短路限流器，其特征在于，它包括一個單相自耦變壓器、 一個由兩個晶間管、兩個二極管組成的單相整流橋以及一個直流電感等；其中，單相整流橋中的第一晶閘管的陽極與第一二極管的陽極以及直流電感的一端相連，第一晶閘管的陰極與第二晶閘管的陽極以及單相自耦變壓器副邊的一個交流端相連，第一二級管的陰極與第二二級管的陽極以及單相自耦變壓器副邊的另一個交流端相連，第二晶閘管的陰極與第二二極管的陰極以及直流電感的另一端相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變阻抗自耦變壓器型短路限流器，包括一個單相自耦變壓器、一個由兩個晶閘管、兩個二極管組成的單相整流橋以及一個直流電感；該限流器通過自耦變壓器原邊串連接入到電網(wǎng)主電路中，并在控制器的作用下自動工作于正?；蛳蘖鳡顟B(tài)電網(wǎng)正常運行時工作于正常狀態(tài)，此時控制整流橋運行于全開通狀態(tài)，由于橋臂元件的續(xù)流作用，自耦變壓器副邊從而原邊等效于短接，不影響電網(wǎng)正常運行；當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生短路且流過串接主電路中的故障電流大于動作整定值時，立即自動轉(zhuǎn)入限流狀態(tài)，此時控制關(guān)斷整流橋的相應(yīng)晶閘管，自耦變壓器副邊等效于開路，從而使原邊串接在電網(wǎng)主電路中的自耦變壓器變成一臺電抗器，實現(xiàn)限制短路故障電流的目的。
文檔編號H02H9/02GK102522735SQ20111040229
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者呂征宇, 吳兆麟, 楊貴玉, 江道灼, 莫育杰 申請人:浙江大學(xué)