[实用新型]具有耗能电阻的短路故障限流器

说明书

技术领域

本实用新型是一种应用于交流电压供电系统，对短路故障电流及其上升率进行限制的装置，属于交流柔性输电技术的技术领域，具体说是一种具有耗能电阻的短路故障限流器。

背景技术

随着电力系统规模和容量的不断扩大，短路电流的水平快速增加，当短路电流水平超过断路器的断开容量时，短路故障可能造成主要电力设备如变压器、高压开关设备、电力电缆等的严重损坏，引起系统不稳定，甚至造成系统的瘫痪。短路故障限流器在检测到短路故障发生后，通过快速改变故障线路的阻抗参数，将短路电流限制在允许的水平，以保护电力设备，已经成为柔性交流输电系统的关键元件之一。

附图1中的虚线部分为一种具有单个自关断器件的桥式短路限流器，图中，L1为直流电感，L2为旁路电感，D1-D4等组成了一个不控整流桥，T1为自关断开关器件，D5为续流二极管。Lx、Rx为线路电感和线路电阻。在系统正常的情况下，控制T1导通，完成L1充磁之后，在稳态情况下，忽略D1-D5、T1及L1的功率损耗，限流器两端无压降。当短路故障发生后，经过T1和L1的电流会快速上升，当该电流大于某一设定值之后，控制关断T1，L1电流经过D5续流，桥路和L1退出系统，短路电流受到L2的限制。

由于桥路和直流电感只在短路故障初期，限制短路电流上升速度，在短路故障被检测到之后，退出系统，不参与限制稳态短路电流，因而利用率较低。如果用合适阻值的电阻R代替附图1中的续流二极管D5，在短路故障发生后，采用一定频率和占空比的信号来控制开关管T1，则二极管桥路、L1、T1、R可以承担一个调制了的短路电流，该调制了的短路电流和旁路电感L2中的短路电流之和为满足继电保护选择性要求的总的短路电流，因此，可以减小旁路电感L2的电流定额，提高各元件的利用率，总体上降低装置成本。同时，耗能电阻还能够吸收短路故障引起的暂态分量，阻尼振荡，有利于电力系统的稳定。为此，提出一种具有耗能电阻的桥式短路故障限流器，能够提高桥路和L1的利用率，减小旁路电感L2的电流应力，降低限流器成本并提高系统的稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种具有耗能电阻的短路故障限流器，在直流电感两端并联电阻，在短路故障发生后，以一定频率和占空比的方波信号来控制开关管，设开关周期为T，一个周期内T1的开通时间为Ton，T1的关断时间为Toff＝T-Ton。在Ton期间，电源电压整流后加在L1和电阻R的两端，从而在电感和电阻中产生电流，电感L1的电流从前一个周期结束时的初值开始增加；在T1关断期间，电感电流通过电阻R，电感L1储存的磁能消耗在电阻R上，电流衰减；通过调节控制信号的频率和占空比，可以调节电感电流周期性地上升和衰减规律，即控制通过二极管整流桥路的等效电流值。由于二极管整流桥路和T1、L1、R承担了部分电流，可以提高桥路和L1的利用率，减小旁路电感L2、L3、L4的电流定额，降低整个限流器的成本，还能够为系统短路时提供一定的电阻负载特性，提高系统稳定性。周期性地开通和关断T1，由线路电感Lx等会引起一定的操作过电压，因此，在旁路电感L2等的两端(也就是整流桥路的交流输入侧)并联氧化锌ZnO过电压吸收器，可以保护整流桥和T1。

本实用新型具有耗能电阻的短路故障限流器，由旁路电感L2、二极管组成的不控整流桥、直流电感L1、可控开关T1、电阻R、氧化锌过电压吸收器ZnO等组成。旁路电感L2和氧化锌ZnO过电压吸收器并联后，再并联在桥路交流端；直流电感L1和电阻R并联，与可控开关T1串联后，接在桥路的直流侧。在电力系统正常的情况下，控制T1处于常通状态，由于电感L1承受直流电压，其两端电压接近于零，并联电感两端电压也接近零，限流器呈现零阻抗状态。在短路故障发生并被检测到之后，立即用一定频率和占空比的方波信号去控制开关管T1，在开关管导通的Ton期间，电源电压整流后加在L1和电阻R的两端，从而在电感和电阻中产生电流，电感L1的电流从前一个周期结束时的初值开始增加；在T1关断的Toff期间，电感电流通过电阻R，电感L1储存的磁能消耗在电阻R上，电流衰减；通过调节控制信号的频率和占空比，可以调节电感电流周期性地上升和衰减规律，即控制通过二极管整流桥路的等效电流值。由于二极管整流桥路和T1、L1、R承担了部分电流，可以提高桥路和L1的利用率，减小旁路电感L2的电流定额，降低整个限流器的成本，还能够为系统短路时提供一定的电阻负载特性，提高系统稳定性。