[发明专利]基于快速转换开关和液态金属限流装置及限流方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于电气开关设备的主要技术，适用于中低压领域限制交直流系统故障电流的技术，特别涉及一种基于快速转换开关的液态金属限流装置及限流方法。

背景技术

随着电力系统容量的逐年增加，电网短路容量和短路电流水平也在不断增长，目前这已成为制约电网运行和发展的一个重要问题。因此，研究有效的短路限流装置，以限制电力系统的短路容量，从而提高电力系统的运行可靠性，已成为目前我国电力系统安全稳定运行和电力建设、发展的迫切问题。到目前为止，应用于短路限流方面的技术主要有：串联限流电抗、固态短路故障限流、超导故障限流器、PTC电阻限流、或使用大容量断路器、限流熔断器等等。

串联限流电抗是以往用于限流的常规做法，但其在电网正常工作情况下，会不可避免消耗电能，造成不必要的经济损失。

固态短路故障限流技术是随电力电子技术快速发展的限流方式，

主要由常规电抗器、电力电子器件(可控功率半导体器件)和控制器构成(江道灼，敖志香，卢旭日，林日磊，陈世省.短路限流技术的研究与发展[J].电力系统及其自动化学报.2007，Vol 19 No.3：pp.9-11.)，其拓扑结构形式多样，在(T.Ueda，M.Morita，H.Arita，J.Kida，Y.Kurosawa，T.Yamagiwa.Solid-State Current Limiter for Power DistributionSyetem.IEEE Transactions on Power Delivery[J.1993，Vol.8 No.4：pp.1796-1801.)中提到的用快速动作的可关断晶体管(GTO)开关与一个阻抗并联而构成的故障电流限制器就是在短路故障发生时，通过GTO的关断，使电抗器串入线路，从而快速改变故障电网的阻抗和感抗参数，将故障电流限制在较低的水平。但是由于大电流电力电子器件存在的固有损耗问题，使其在应用上受到限制。

超导故障限流器在20世纪80年代发现高温超导体以后而备受关注，其原理均为利用超导体S/N状态的转变来限流(江道灼，敖志香，卢旭日，林日磊，陈世省.短路限流技术的研究与发展[J].电力系统及其自动化学报.2007，Vol19No.3：pp.9-11.)，如专利号为200610125194.3，专利名称为‘超导型混合限流开关’的专利(庄劲武.超导型混合限流开关[P].中国发明专利，200610125194.3.)，是将固态开关和超导限流器串联后与电磁斥力式机械开关并联，在线路发生故障时，通过超导限流器的串入线路将电流限制在固态开关可分断的范围，并利用固态开关将短路电流开断。但是超导材料用于大功率场合方面的应用技术尚不成熟、可靠性差，同时由于超导体恢复到超导态时间较长，一般难以满足自动重合闸等方面的要求，还存在恢复时需要液氮等附属的冷媒及制冷设备，附加的损耗大等问题。

限流式熔断器是目前唯一商业化的故障电流限流器，利用熔断器的快速性可将短路电流在到达第一个峰值前强行限制，如专利号为200410025999.1，专利名称为‘大容量短路电流开断器’的专利(修士新，王季梅，刘东晖.大容量短路电流开断器[P1.中国发明专利，200410025999.1.)用限流熔断器完成大过载电流和短路电流的开断，但是熔断器为单次动作，降低了系统运行的自动化水平，同时由于其自身起弧的时间较长，对于复杂结构的电网来说，牺牲了保护的选择性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种能够减轻断路器等各种电气设备的负担，有效抑制短路故障电流的基于快速转换开关的液态金属限流装置及限流方法。

为实现上述目的，本发明的限流装置包括：并联后与断路器串联的快速转换开关和液态金属限流装置，快速转换开关包括桥式触头和斥力机构，所说的桥式触头包括动触头以及与断路器相连接的静触头，斥力机构包括金属盘和盘式线圈，盘式线圈上还电连接有充电电路，桥式触头与斥力机构通过连杆连接，所说的液态金属限流装置包括封装外壳以及设置在该外壳两侧的固态电极端子，在外壳与固态电极端子形成的密闭空腔内设置有若干组带有通孔的隔板，且在该密闭空腔内填充有未充满密闭空腔的液态金属。

本发明的充电电路包括电容以及串联在电容与盘式结圈之间的晶闸管，且在盘式线圈的一侧还并联有二极管D；液态金属为镓铟锡合金；隔板上的通孔为一个或多个。