[发明专利]一种单相多绕组变压器耦合型固态限流器

说明书

技术领域

本发明涉及高压电网的故障限流装置，尤其是一种单相多绕组变压器耦合型固态限流器。

背景技术

应用于电力系统的短路限流器,一般须满足以下几点要求: 

1 正常运行时低阻抗或零阻抗，对系统影响很小或可忽略不计；

2能快速响应短路故障；

3 故障限流时能通过限流阻抗将短路电流限制在预设值以内；

4 体积小，重量轻，成本低。

在中低压电网，目前常见的几款限流器，如饱和式限流器、固态限流器及超导限流器都有一定的应用前景，但在高压电网中，较高的电压等级及短路容量，则对以上限流器的应用造成技术或经济方面的瓶颈。目前在高压电网限流领域，较有应用前景的为串联谐振式限流器，其拓扑结构如图1所示，为防止过电压，避雷器1与电容器2并联，正常运行时，与电容器2并联的晶闸管3关断，电容器2与电感4发生串联谐振，限流器等效阻抗接近于零；线路发生短路故障时，晶闸管3被触发开通，电容器2通过阻尼电路5被旁路，电感4串入线路限制短路电流。该限流器的优点在于正常运行时，由于电容与电感发生串联谐振，串入线路的阻抗基本接近于零短路故障时，，对系统几乎无影响，且晶闸管处于关断状态，损耗较小，无需散热装置。但其缺点也很显著：系统发生要求晶闸管尽快触发开通，否则在电容与晶闸管之间会形成较大的电压与电流振荡，电容与晶闸管的工况将十分恶劣，这对控制系统提出了很高的要求；晶闸管需要在故障时的恶劣环境下可靠开通，但开通可靠性却不能保证。

中国专利200420022582.5公开的一种新型电力电子型短路限流器，如图2所示，则很好的解决了以上串联谐振式限流器所存在的问题，正常运行时与耦合变压器TR2副边并联的由晶闸管T1、T2、T3及T4组成的桥路全开通，副边等效于“短接”，限流器等效阻抗仅为变压器原边漏抗，对系统影响很小；系统发生短路故障时，直流电抗器Ld无延时自动插入，限制短路电流，当控制器监测到线路故障后，在半个周波内关断副边桥路，副边绕组开路，此时限流器等效于一电抗器串入线路限制故障电流。在限流过程中，限流器快速响应故障，且不会发生大幅电磁振荡，能确保可靠限流。但若该限流器用于高压系统，短路故障发生后，限流器需要承担全部或部分系统电源电压，虽然限流时由于耦合变压器工作于深饱和状态，副边电压低于原边电压，但由于系统本身电压等级较高，副边桥路所须承担的电压等级也是相当可观的，这导致限流器成本较高，直接影响到其在高压电网中的工程应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种单相多绕组变压器耦合型固态限流器。

本发明提出的单相多绕组变压器耦合固态限流器由单相多绕组变压器及单相限流桥路组成。

所述的单相多绕组变压器由多层绕组同轴安装而成，可采用铁芯式或空心式两种结构。

单相限流桥路包括单相整流桥及一个直流电抗器，单相整流桥由四个晶闸管组成，上桥臂的两个晶闸管组成共阴极，下桥臂的两个晶闸管组成共阳极，直流电抗器并接于单相整流桥共阴极和共阳极之间。

单相多绕组变压器的最外层和最内层绕组均与一个单相限流桥路相并接。 

根据单相多绕组变压器的不同绕组连接方式，单相多绕组变压器耦合固态限流器可分为单相自耦式多绕组变压器耦合固态限流器和单相磁耦合式多绕组变压器耦合固态限流器，

单相自耦式多绕组变压器从最外层绕组到最内层绕组依次顺向串联，并串联于系统电源与负荷之间，最外层绕组和最内层绕组两端各并接一个单相限流桥路，此外可根据需要，在处于最外层和最内层绕组之间，与最外层和最内层不相邻且彼此相互间隔的某几层绕组两端并接一个单相限流桥路；

单相磁耦合式多绕组变压器的最外层绕组与次外层绕组及最内层绕组与次内层绕组通过磁场耦合，而无电气连接，从次外层绕组到次内层绕组依次顺向串联，构成主回路绕组，并串接于系统电源和线路负荷之间，最外层绕组和最内层绕组各并接一个单相限流桥路。 

本发明的有益效果：

1、作为限流器核心器件的单相多绕组变压器，在系统正常运行时电压降很低，对系统影响可以忽略。

2、由于绕组采用分层结构，系统故障时桥路中晶闸管的电压等级可得到有效降低，绕组层数越多，则桥路晶闸管电压等级越低，这十分有利于该限流器在高压电网中的应用。

3、限流器中若采用空心结构变压器，内侧桥路中晶闸管电压等级可进一步得到降低，桥路中直流电抗器的容量也随最内侧绕组电压-时间面积积分的减小而大大减小，这十分有利用降低限流器的成本。

附图说明