專利名稱：具有耗能電阻的短路故障限流器的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種應用于交流電壓供電系統，對短路故障電流及其上升率 進行限制的裝置，屬于交流柔性輸電技術的技術領域，具體說是一種具有耗能 電阻的短路故障限流器。
背景技術：
隨著電力系統規(guī)模和容量的不斷擴大，短路電流的水平快速增加，當短路 電流水平超過斷路器的斷開容量時，短路故障可能造成主要電力設備如變壓器、 高壓開關設備、電力電纜等的嚴重損壞，引起系統不穩(wěn)定，甚至造成系統的癱 瘓。短路故障限流器在檢測到短路故障發(fā)生后，通過快速改變故障線路的阻抗 參數，將短路電流限制在允許的水平，以保護電力設備，已經成為柔性交流輸 電系統的關鍵元件之一。
附圖1中的虛線部分為一種具有單個自關斷器件的橋式短路限流器，圖中，
Ll為直流電感，L2為旁路電感，Dl-D4等組成了一個不控整流橋，Tl為自關斷 開關器件，D5為續(xù)流二極管。Lx、 Rx為線路電感和線路電阻。在系統正常的情 況下，控制T1導通，完成L1充磁之后，在穩(wěn)態(tài)情況下，忽略D1-D5、 T1及L1 的功率損耗，限流器兩端無壓降。當短路故障發(fā)生后，經過T1和L1的電流會 快速上升，當該電流大于某一設定值之后，控制關斷Tl, L1電流經過D5續(xù)流， 橋路和L1退出系統，短路電流受到L2的限制。
由于橋路和直流電感只在短路故障初期，限制短路電流上升速度，在短路 故障被檢測到之后，退出系統，不參與限制穩(wěn)態(tài)短路電流，因而利用率較低。 如果用合適阻值的電阻R代替附圖1中的續(xù)流二極管D5,在短路故障發(fā)生后， 釆用一定頻率和占空比的信號來控制開關管Tl，則二極管橋路、Ll、 Tl、 R可 以承擔一個調制了的短路電流，該調制了的短路電流和旁路電感L2中的短路電流之和為滿足繼電保護選擇性要求的總的短路電流，因此，可以減小旁路電感 L2的電流定額，提高各元件的利用率，總體上降低裝置成本。同時，耗能電阻 還能夠吸收短路故障引起的暫態(tài)分量，阻尼振蕩，有利于電力系統的穩(wěn)定。為
此，提出一種具有耗能電阻的橋式短路故障限流器，能夠提高橋路和L1的利用 率，減小旁路電感L2的電流應力，降低限流器成本并提高系統的穩(wěn)定性。

實用新型內容
本實用新型的目的在于克服現有技術存在的缺陷，提供一種具有耗能電阻 的短路故障限流器，在直流電感兩端并聯電阻，在短路故障發(fā)生后，以一定頻 率和占空比的方波信號來控制開關管，設開關周期為T, 一個周期內T1的開通 時間為Ton， Tl的關斷時間為Toff-T-Ton。在Ton期間，電源電壓整流后加在 L1和電阻R的兩端，從而在電感和電阻中產生電流，電感L1的電流從前一個周 期結束時的初值開始增加；在T1關斷期間，電感電流通過電阻R，電感L1儲存 的磁能消耗在電阻R上，電流衰減；通過調節(jié)控制信號的頻率和占空比，可以 調節(jié)電感電流周期性地上升和衰減規(guī)律，即控制通過二極管整流橋路的等效電 流值。由于二極管整流橋路和Tl、 Ll、 R承擔了部分電流，可以提高橋路和L1 的利用率，減小旁路電感L2、 L3、 L4的電流定額，降低整個限流器的成本，還
能夠為系統短路時提供一定的電阻負載特性，提高系統穩(wěn)定性。周期性地開通 和關斷Tl,由線路電感Lx等會引起一定的操作過電壓，因此，在旁路電感L2 等的兩端(也就是整流橋路的交流輸入側)并聯氧化鋅Zn0過電壓吸收器，可 以保護整流橋和Tl。
本實用新型具有耗能電阻的短路故障限流器，由旁路電感L2、 二極管組成 的不控整流橋、直流電感L1、可控開關T1、電阻R、氧化鋅過電壓吸收器ZnO 等組成。旁路電感L2和氧化鋅Zn0過電壓吸收器并聯后，再并聯在橋路交流端; 直流電感Ll和電阻R并聯，與可控開關T1串聯后，接在橋路的直流側。在電 力系統正常的情況下，控制Tl處于常通狀態(tài)，由于電感Ll承受直流電壓，其兩端電壓接近于零，并聯電感兩端電壓也接近零，限流器呈現零阻抗狀態(tài)。在 短路故障發(fā)生并被檢測到之后，立即用 一定頻率和占空比的方波信號去控制開
關管Tl,在開關管導通的Ton期間，電源電壓整流后加在L1和電阻R的兩端， 從而在電感和電阻中產生電流，電感Ll的電流從前一個周期結東時的初值開始 增加；在Tl關斷的Toff期間，電感電流通過電阻R,電感L1儲存的磁能消耗 在電阻R上，電流衰減；通過調節(jié)控制信號的頻率和占空比，可以調節(jié)電感電 流周期性地上升和衰減規(guī)律，即控制通過二極管整流橋路的等效電流值。由于 二極管整流橋路和T1、 Ll、 R承擔了部分電流，可以提高橋路和L1的利用率， 減小旁路電感L2的電流定額，降低整個限流器的成本，還能夠為系統短路時提 供一定的電阻負載特性，提高系統穩(wěn)定性。
本實用新型具有耗能電阻的短路故障限流器，包括旁路電感L2、 二極管組 成的不控整流橋、直流電感L1、可控開關T1、電阻R、氧化鋅過電壓吸收器ZnO 等。其中，整流橋中二極管D1、 D2的公共陰極、自關斷開關管Tl的集電極(或 漏極)、接在一起；自關斷開關管T1的發(fā)射極(或源極)、電阻R的一端和直流 電抗器L1的一端接在一起；直流電抗器L1的另一端與整流橋中二極管D3、 D4 的公共陽極和電阻R的另一端接在一起；旁路電抗器L2的一端、氧化鋅過電壓 吸收器ZnO的一端和二極管D3的陰極、二極管Dl的陽極接在一起，為限流器 的一個出線端子；旁路電抗器L2的另一端、氧化鋅過電壓吸收器ZnO的另一端 和二極管D4的陰極、二極管D2的陽極接在一起，為限流器的另一個出線端子。 使用時，該限流器通過兩個出線端子串聯接在電源和負載之間。
該限流器還可以釆用下述結構，用于三相不接地系統。本實用新型具有耗 能電阻的短路故障限流器，由二極管D1 D6組成的二極管整流橋、自關斷開關 管Tl、電阻R、直流電抗器L1、旁路電抗器L2 L4、氧化鋅過電壓吸收器Zn01 ~ Zn03等構成。其中，二極管D1、 D2、 D3的陰極、自關斷開關管Tl的集電極(或 漏極)接在一起；自關斷開關管Tl的發(fā)射極(或源極)、電阻R的一端和直流電抗器L1的一端接在一起；D4、 D5、 D6的陽極、直流電抗器L1的另一端、電 阻R的另一端接在一起；旁路電抗器L2的一端、氧化鋅過電壓吸收器Zn01的 一端、二極管D1的陽極、二極管D4的陰極接在一起，構成限流器a相的出線 端子；旁路電抗器L3的一端、氧化鋅過電壓吸收器Zn02的一端、二極管D2的 陽極、二極管D5的陰極接在一起，構成限流器b相的出線端子；旁路電抗器L4 的一端、氧化鋅過電壓吸收器Zn03的一端、二極管D3的陽極、二極管D6的陰 極接在一起，構成限流器c相的出線端子；旁路電抗器L2、 L3、 L4的另一端和 氧化鋅過電壓吸收器ZnOl、 Zn02、 Zn03的另 一端接在一起。使用時，限流器的 a、 b、 c相出線端子分別和三相電源的a、 b、 c相的參考端接在一起，構成正常 運行情況下三相電源的等效中性點。
電抗器L1可以為超導型的，也可以為常規(guī)型的。根據經濟性要求，L2、 L3、 L4最好采用常規(guī)型的電感。
本實用新型應用于交流電壓供電系統，使得整流橋路和直流電抗器L1既能 限制短路故障初期的短路電流上升率，也能貢獻于短路故障發(fā)生后短路電流有 效值，能夠減小旁路電感L2、 L3、 L4的電流定額，降低整個限流器的成本，而 且，通過調節(jié)自關斷開關管T1驅動信號的頻率和占空比，還可以調整限流器在 短路限流期間所提供的阻性含量，提高電力系統的穩(wěn)定性。


圖1為現有技術的限流器電路圖2為本實用新型具有耗能電阻的短路故障限流器的主電路原理圖(單相 結構);
圖3為本實用新型具有耗能電阻的短路故障限流器的主電路原理圖(用于 不接地系統的三相結構)；
具體實施方式
以下參照附圖和實施例對本本實用新型作進一步詳細說明。實施例l、如圖2所示，本實用新型具有耗能電阻的短路故障限流器，由旁
路電感L2、 二極管組成的不控整流橋、直流電感L1、可控開關T1、電阻R、氧 化鋅過電壓吸收器Zn0等組成。旁路電感L2和氧化鋅Zn0過電壓吸收器并聯后， 再并聯在橋路交流端；直流電感Ll和電阻R并聯，與可控開關T1串聯后，接 在橋路的直流側。在電力系統正常的情況下，控制T1處于常通狀態(tài)，由于電感 Ll承受直流電壓，其兩端電壓接近于零，并聯電感兩端電壓也接近零，限流器 呈現零阻抗狀態(tài)。在短路故障發(fā)生并被檢測到之后，立即用一定頻率和占空比 的方波信號去控制開關管Tl,在開關管導通的Ton期間，電源電壓整流后加在 L1和電阻R的兩端，從而在電感和電阻中產生電流，電感L1的電流從前一個周 期結東時的初值開始增加；在Tl關斷的Toff期間，電感電流通過電阻R,電感 Ll儲存的磁能消耗在電阻R上，電流衰減；通過調節(jié)控制信號的頻率和占空比， 可以調節(jié)電感電流周期性地上升和衰減規(guī)律，即控制通過二極管整流橋路的等 效電流值。由于二極管整流橋路和Tl、 Ll、 R承擔了部分電流，可以提高橋路 和Ll的利用率，減小旁路電感L2的電流定額，降低整個限流器的成本，還能 夠為系統短路時提供 一定的電阻負載特性，提高系統穩(wěn)定性。
實施例2、如圖3所示，用于三相不接地系統。本實用新型具有耗能電阻的 短路故障限流器，由二極管D1 D6組成的二極管整流橋、自關斷開關管T1、電 阻R、直流電抗器L1、旁路電抗器L2 L4、氧化鋅過電壓吸收器Zn01 Zn03等 構成。其中，二極管D1、 D2、 D3的陰極、自關斷開關管T1的集電極(或漏極) 接在一起；自關斷開關管Tl的發(fā)射極(或源極)、電阻R的一端和直流電抗器 Ll的一端接在一起；D4、 D5、 D6的陽極、直流電抗器L1的另一端、電阻R的 另一端接在一起；旁路電抗器L2的一端、氧化鋅過電壓吸收器ZnOl的一端、 二極管Dl的陽極、二極管D4的陰極接在一起，構成限流器a相的出線端子； 旁路電抗器L3的一端、氧化鋅過電壓吸收器Zn02的一端、二極管D2的陽極、 二極管D5的陰極接在一起，構成限流器b相的出線端子；旁路電抗器L4的一端、氧化鋅過電壓吸收器Zn03的一端、二極管D3的陽極、二極管D6的陰極接 在一起，構成限流器c相的出線端子；旁路電抗器L2、 L3、 L4的另一端和氧化 鋅過電壓吸收器ZnOl、 Zn02、 Zn03的另 一端接在一起。使用時，限流器的a、 b、 c相出線端子分別和三相電源的a、 b、 c相的參考端接在一起，構成正常運行情 況下三相電源的等效中性點。在正常情況下，控制開關管Tl處于常通狀態(tài)，在 穩(wěn)態(tài)情況下，忽略二極管橋路和電感L1的內阻，直流電感兩端電壓為零，限流 器等效為電氣上的一個點，對系統無不良影響。短路故障發(fā)生后，電源電壓經 二極管橋整流后，(由于Tl還處于通態(tài))加在直流電感兩端，引起直流電感L1 電流的增加，當檢測到短路故障之后，與單相結構限流器的工作原理相似，用 一定頻率和占空比的方波信號去控制開關管Tl,在開關管導通的Ton期間，電 源電壓整流后加在L1和電阻R的兩端，從而在電感和電阻中產生電流，電感L1 的電流從前一個周期結東時的初值開始增加；在Tl關斷的Toff期間，電感電 流通過電阻R,電感Ll儲存的磁能消耗在電阻R上，電流衰減；通過調節(jié)控制 信號的頻率和占空比，可以調節(jié)電感電流周期性地上升和衰減規(guī)律，即控制通 過二極管整流橋路的等效電流值。由于二極管整流橋路和Tl、 Ll、 R承擔了部 分電流，可以提高橋路和L1的利用率，減小旁路電感L2、 L3、 L4的電流定額， 降低整個限流器的成本，還能夠為系統短路時提供一定的電阻負載特性，提高 系統穩(wěn)定性。
權利要求1、一種具有耗能電阻的短路故障限流器，包括旁路電感(L2)、二極管組成的不控整流橋、直流電感(L1)、可控開關(T1)、電阻(R)、氧化鋅過電壓吸收器(ZnO)組成；其特征是整流橋中二極管(D1、D2)的公共陰極、自關斷開關管(T1)的集電極或漏極、接在一起；自關斷開關管(T1)的發(fā)射極或源極、電阻(R)的一端和直流電抗器(L1)的一端接在一起；直流電抗器(L1)的另一端與整流橋中二極管(D3、D4)的公共陽極和電阻(R)的另一端接在一起；旁路電抗器(L2)的一端、氧化鋅過電壓吸收器(ZnO)的一端和二極管(D3)的陰極、二極管(D1)的陽極接在一起，為限流器的一個出線端子；旁路電抗器(L2)的另一端、氧化鋅過電壓吸收器(ZnO)的另一端和二極管(D4)的陰極、二極管(D2)的陽極接在一起，為限流器的另一個出線端子。
2、 一種具有耗能電阻的短路故障限流器，由二極管(D1~D6)組成的二極 管整流橋、自關斷開關管(T1)、電阻(R)、直流電抗器(L1)、旁路電抗器(L2 L4)、氧化鋅過電壓吸收器(Zn01~Zn03)構成；其特征是二極管(Dl、 D2、 D3)的陰極、自關斷開關管(T1)的集電極或漏極接在一起；自關斷開關管(T1) 的發(fā)射極或源極、電阻(R)的一端和直流電抗器(Ll)的一端接在一起；二極 管(D4、 D5、 D6)的陽極、直流電抗器(Ll)的另一端、電阻(R)的另一端接 在一起；旁路電抗器(L2)的一端、氧化鋅過電壓吸收器(Zn01)的一端、二 極管(Dl)的陽極、二極管(D4)的陰極接在一起，構成限流器a相的出線端 子；旁路電抗器(L3)的一端、氧化鋅過電壓吸收器(Zn02)的一端、二極管(D2) 的陽極、二極管(D5)的陰極接在一起，構成限流器b相的出線端子；旁路電抗 器(L4)的一端、氧化鋅過電壓吸收器(Zn03)的一端、二極管(D3)的陽極、二極 管(D6)的陰極接在一起，構成限流器c相的出線端子；旁路電抗器(L2、 L3、 L4) 的另一端和氧化鋅過電壓吸收器(ZnOl、 Zn02、 Zn03)的另 一端接在一起。
專利摘要本實用新型公開了一種具有耗能電阻的短路故障限流器，由旁路電感L2、二極管組成的不控整流橋、直流電感L1、可控開關T1、電阻R、氧化鋅過電壓吸收器ZnO等組成。旁路電感L2和氧化鋅ZnO過電壓吸收器并聯后，再并聯在橋路交流端；直流電感L1和電阻R并聯，與可控開關T1串聯后，接在橋路的直流側。本實用新型應用于交流電壓供電系統，使得整流橋路和直流電抗器L1既能限制短路故障初期的短路電流上升率，也能貢獻于短路故障發(fā)生后短路電流有效值，能夠減小旁路電感L2、L3、L4的電流定額，降低整個限流器的成本，而且，通過調節(jié)自關斷開關管T1驅動信號的頻率和占空比，還可以調整限流器在短路限流期間所提供的阻性含量，提高電力系統的穩(wěn)定性。
文檔編號H02H3/08GK201163716SQ20072013098
公開日2008年12月10日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權日2007年12月14日
發(fā)明者張艷莉, 費萬民, 都小利 申請人:南京師范大學