一種混合型磁飽和故障限流器的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓交流輸電網(wǎng)限制故障電流的設備，具體來說涉及一種混合型磁飽和故障限流器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國工業(yè)發(fā)展的持續(xù)高速增長，人民生活水平日益提高，社會用電需求不斷增加，電力系統(tǒng)的電網(wǎng)容量也相應不斷增大以滿足負荷需求，隨之帶來系統(tǒng)中短路電流水平不斷增加，短路故障電流水平甚至可能超過部分已有設備的最大承受電流值，這對電力系統(tǒng)的安全運行造成嚴重的威脅。短路故障限流器是限制電網(wǎng)短路故障電流的重要設備，在線路正常運行時，短路故障限流器對系統(tǒng)沒有不良影響，發(fā)生故障時，短路故障限流器能快速響應，在短路回路中形成一個很大的阻抗，有效限制短路電流，保障電網(wǎng)安全。
[0003]隨著新材料和新技術(shù)的突破，短路故障限流器的類型也不斷增加，現(xiàn)有以下幾種常見的故障限流器類型:固態(tài)故障限流器，超導故障限流器，ZnO避雷器式故障限流器，磁飽和型故障限流器。固態(tài)故障限流器需要通過大量電力電子器件的串并聯(lián)來實現(xiàn)，這導致其結(jié)構(gòu)復雜，裝置成本高，且可靠性較低，因此實際使用受到很大的限制；超導故障限流器，超導體的應用對維護技術(shù)的要求高，而且技術(shù)實現(xiàn)代價高，這些不利的因素大大限制了超導故障限流器的實際應用；ZnO避雷器式故障限流器的關(guān)鍵技術(shù)在于參數(shù)設計、配合和ZnO避雷器的吸能問題，因此需要將大量避雷器串并聯(lián)使用，這在技術(shù)的實現(xiàn)上存在困難，且造價高；磁飽和型故障限流器，其對直流勵磁繞組要求較高，需要足夠的直流磁動勢對磁芯進行偏置，對直流偏置電壓的高要求導致磁飽和型故障限流器同樣存在成本高的問題；永磁飽和型故障限流器可以省去直流偏置源，無需外加控制實現(xiàn)自動投切，價格低廉，經(jīng)濟性好，但是永磁體材料的偏置能力普遍不足，無法保證鐵芯能夠深度飽和，使得正常運行時限流器阻抗值較高；并且永磁體的穩(wěn)定性存在問題，急劇變化的短路電流使永磁體存在消磁的風險，裝置可靠性不高，無法在高壓大容量的場合實現(xiàn)應用。
[0004]在非專利文獻1 (袁佳飲，《A Novel Bridge-Type Hybrid Saturated Core FaultCurrent Limiter Based on Permanent Magnets〉〉，IEEE Transact1n on magnetics)中公開了如下一種限流器的結(jié)構(gòu)，如，包括兩個口字型磁芯以及線圈繞組，兩個口字形磁芯的結(jié)構(gòu)完全相同，兩個口字形磁芯并列放置，永磁體鑲嵌在磁芯中對鐵芯進行偏置；四個線圈分別纏繞在兩個口字型磁芯的鐵芯上，在鐵芯飽和以及非飽和狀態(tài)的阻抗值相差較大；在永磁體偏置作用下，鐵芯處于飽和狀態(tài)，線圈阻抗值較低，對系統(tǒng)影響較??；在較大故障電流作用下，兩個口字型磁芯中的鐵芯交替退出飽和，相應纏繞在兩個磁芯上的線圈的阻抗值交替發(fā)生變化，交流電流在限流器繞組中的流通路徑發(fā)生改變，限流電抗串入交流回路，對故障電流進行限制。但由于兩個口字型磁芯以及相應所需的永磁體的用量較大，導致其不適于工業(yè)化大量生產(chǎn)；磁芯的結(jié)構(gòu)參數(shù)對裝置的性能有較大的影響，而文獻未對結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇進行具體闡述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決既要實現(xiàn)對短路故障的快速響應，有效限制故障電流，又要結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，同時還要降低成本，適合電力系統(tǒng)廣泛的應用，使電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的問題，提出將永磁體與直流線圈繞組一同作為勵磁偏置源，將四個線圈繞組通過一種巧妙的連接方式串并聯(lián)在一起，與直流偏置回路中的限流電抗連接成橋式結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種混合型磁飽和故障限流器，包括鐵芯、線圈繞組、直流電源和限流電抗，所述鐵芯包括開口芯柱和分別位于所述開口芯柱左邊的第一芯柱、第二芯柱和右邊的第三芯柱、第四芯柱，所述開口芯柱的上下兩端分別有上橫軛、下橫軛，所述上橫軛中鑲嵌有第一永磁體、第三永磁體，所述下橫軛中鑲嵌有第二永磁體、第四永磁體，所述上橫軛兩端分別連接所述第一芯柱、第三芯柱，其中部依次連接所述第二芯柱、開口芯柱、第四芯柱；所述線圈繞組包括分別繞制在所述第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱、第四芯柱上的第一線圈、第二線圈、第三線圈、第四線圈，所述第一線圈的一端與第三線圈的一端連接后接入輸電線路的一端，所述第二線圈的一端與第四線圈的一端連接后接入輸電線路的另一端，所述第一線圈的另一端與第四線圈的另一端連接，所述第二線圈的另一端與第三線圈的另一端連接；所述直流電源與所述限流電抗串聯(lián)后與所述第一線圈的端口和所述第三線圈的端口連接。
[0007]優(yōu)選的，所述鐵芯關(guān)于所述開口芯柱的中心線成軸對稱。
[0008]優(yōu)選的，所述開口芯柱的中間開有一氣隙。
[0009]優(yōu)選的，所述上橫軛左側(cè)中部鑲嵌有所述第一永磁體，右側(cè)中部鑲嵌有所述第三永磁體，所述下橫軛左側(cè)中部鑲嵌有所述第二永磁體，右側(cè)中部鑲嵌有所述第四永磁體；所述第一永磁體和第二永磁體在左側(cè)鐵芯中勵磁方向相同，所述第三永磁體和第四永磁體在右側(cè)鐵芯中勵磁方向相同；所述第一、二、三、四永磁體尺寸相同，且截面積與各自所在橫軛的截面積相等，其長度大于所述開口芯柱的氣隙長度。
[0010]優(yōu)選的，所述第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱和第四芯柱截面均為圓形、橢圓形或矩形，其截面積相等，長度相等；所述開口芯柱截面為圓形、橢圓形或矩形，且截面積大于所述橫軛的截面積；所述上橫軛、下橫軛的長度相等，截面積相等，且其截面積大于所述第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱、第四芯柱的截面積。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述第一線圈、第二線圈、第三線圈和第四線圈的匝數(shù)相等。
[0012]優(yōu)選的，所述限流電抗的電抗值小于所述繞組線圈在芯柱不飽和時的感抗值，且大于芯柱飽和時的感抗值。
[0013]本發(fā)明的工作原理:是將線圈感抗值可調(diào)的磁飽和式限流器與輸電線路串聯(lián)，實現(xiàn)對短路故障電流的限制。
[0014]本發(fā)明工作流程:直流電流在線圈中的回路感應出的磁場方向與永磁體磁場方向一致，相互疊加形成偏置磁場；線路正常運行時，在線路電流正半周，左側(cè)鐵芯的第一線圈和第二線圈所產(chǎn)生的交流磁場方向與偏置磁場方向一致，在相互疊加的磁場的偏置作用下，第一芯柱和第二芯柱均進入深度飽和狀態(tài)；右側(cè)鐵芯的第三線圈和第四線圈所產(chǎn)生的交流磁場方向與偏置磁場方向相反；但在線路正常運行時，線圈產(chǎn)生的交流磁場小于偏置磁場，在相互抵消的磁場的偏置作用下，第三芯柱和第四芯柱仍然處于飽和狀態(tài)。在線路電流的負半周，左側(cè)鐵芯的交流磁場與偏置磁場方向相反，右側(cè)鐵芯的交流磁場與偏置磁場方向相同，第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱和第四芯柱仍然都處于飽和狀態(tài)；因此，當線路處于正常工作時，混合型磁飽和限流器的線圈繞組在輸電線路中呈現(xiàn)的阻抗值較小，線圈呈現(xiàn)的電抗值均為4，且交流電流不流經(jīng)限流電抗L1,因此電壓損耗和能量損耗較小，對系統(tǒng)運行影響很小。
[0015]當輸電線路發(fā)生短路故障時，故障電流迅速增大，且短路電流心大于最大負荷電流。因此，各線圈產(chǎn)生的交流磁場將大于偏置磁場；在短路電流正半周，左側(cè)鐵芯的第一線圈和第二線圈所產(chǎn)生的交流磁場增大，且方向與偏置磁場方向