[发明专利]一种应用于限流器的双柱双分裂电抗器

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于限流器领域的电抗器。

背景技术

随着国民经济的快速发展，社会对电力的需求不断增加，带动了电力系统的不断发展，单机容量和发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心负荷不断增加，就使得电力系统之间互联，各级电网中的短路电流水平不断提高。尽管如此，一般的做法仍然是采用断路器对故障线路进行开断，一方面保护电力设备，另一方面也避免由于母线电压过低而对用户造成不利影响。随着短路电流水平的不断提高，就需要不断提高断路器的开断容量。为此，研究人员对断路器的电磁与机械结构、触头材料、灭弧介质等方面开展了大量的研究，低压交流断路器的开断容量已经达到了125kA，应用于220kV、330kV、500kV等高压和超高压电力系统的交流断路器的开断容量达到了75kA。然而，进一步提高断路器的开断容量，不仅在技术上已经越来越困难，而且造价也将大幅度提高。此外，断路器不能直接并联使用。因此，电网故障短路电流的开断容量不足已经越来越成为限制电网发展的重要瓶颈问题。

考虑到断路器的开断容量不足，近几年来，多种限制电网短路电流的方法也开始被关注和应用。限制电网短路电流的方法主要有：（1）提高电网电压；（2）解开电网连接，包括断开一些输电线路或双母线间的连接。在出现短路故障时，可以关合备用断路器保障供电；（3）提高电力变压器短路阻抗；（4）装设限流电抗器；（5）装设故障电流限制器。然而，提高电网电压等级的成本太高；解开电网连接的方法，会导致电网的供电可靠性大大降低；采用高阻抗变压器或限流电抗器是目前限制短路电流最简单也是最成熟的方案，但需增加系统无功且不利于电网暂态稳定。为了消除限流电抗器的缺点，可采用在电网中装设故障电流限制器这一解决方案。故障电流限制器在正常条件下阻抗很小，在短路故障时阻抗变大而限流。

考虑到现有高压大容量机械开关和电力电子开关开断容量不足、无法直接并联，故障限流器技术尚不成熟，如果在当前能够用一种非常廉价的方式构造大容量断路器或限流器，将具有非常积极的意义。为了降低流过开关器件的电流，中国发明专利200610011904.X公布了一种基于紧耦合电抗器的超导故障限流器、中国发明专利200710052947.7和201210252205.X分别公开了基于紧耦合电抗器的并联型断路器和限流断路器，中国发明专利201310007027.9公开了基于紧耦合电抗器的串联谐振型限流器。上述几个专利的保护内容仅涉及到电路拓扑，并未涉及到具体的紧耦合电抗器结构。中国发明专利200810197118.2、200910208943.2和论文（杜砚，陈轩恕，刘飞，尹婷.用于并联断路器的紧耦合电抗器设计[J].高电压技术，2009,35（11）：2870-2875）公开了一种应用于并联断路器的紧耦合空心电抗器的结构，该紧耦合空心电抗器采用单柱结构，由于内外绕组之间需承受高电压，为了保证足够的绝缘距离，内外绕组的尺寸存在一定差异，因此不同直径的线圈电感、电阻参数不一致从而造成两支路电流分布不均匀，并且造成漏感较大。另外，为了保证两支路电流分布较为均匀，单柱结构的紧耦合空心电抗器的漏感难以通过改变内外绕组的匝数比来有效调节，且单支路电感不易做大，难以应用于串联谐振型限流器场合。

发明内容

为了克服现有的普通限流电抗器在稳态运行时会增加系统无功，现有的单柱结构紧耦合双绕组电抗器由于内外绕组参数不一致从而造成电流分布不均匀，内外绕组之间电压很高，单支路运行时漏磁过大等缺点，本发明提出一种双柱双分裂的铁芯或带气隙铁芯或空气芯电抗器，与现有单柱双分裂空芯电抗器相比，两支路电流分布更为均匀，在单支路运行时漏磁更小，通过改变内外绕组匝数比更容易调节漏抗。采用铁芯或带气隙铁芯结构，双柱双分裂电抗器的单支路电感也可以做得很大。基于本发明提出的双柱双分裂电抗器，可应用于限流断路器和串联谐振限流器领域。双柱双分裂电抗器在应用时，将单个支路与支路断路器或支路快速合闸开关串联，这样可将流过开关的电流降低一半，更容易实现采用小电流开关开断或限制大的故障电流。本发明提出的双柱双分裂电抗器，灵活、易实施。可应用于各种不同电压等级、不同容量的电网系统中。

为了实现上述目的，本发明应用于限流断路器的双柱双分裂电抗器可以采用以下两种技术方案：