串聯(lián)諧振限流器的電容器控制開關的制作方法
【專利摘要】一種串聯(lián)諧振限流器的電容器控制開關，在雙分裂電抗器M上將繞組N1和N2均分成匝數(shù)相等的兩個小繞組，同一繞組的兩個小繞組分別套裝在鐵心的左或右邊柱上；同一繞組的兩個小繞組的尾端相連；兩繞組的首端相連，作為雙分裂電抗器的公共輸入端，兩繞組余下的兩個首端為雙分裂電抗器M的兩個輸出端，其中一個繞組與SKK系列高壓壓敏電阻相串聯(lián)。本實用新型具有開關響應速度快，有利于提高限流器的短路響應速度。開關電流小、可靠性好，當控制開關閉合時，流過壓敏電阻的電流僅為系統(tǒng)短路電流的1/2。開關結構簡單，開關的閉合與分斷由短路過電壓自行控制，簡化了限流器的控制系統(tǒng)，降低了限流器的成本。
【專利說明】串聯(lián)諧振限流器的電容器控制開關
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種高壓輸電短路的保護裝置，具體說涉及一種串聯(lián)諧振限流器的電容器控制開關。
【背景技術】
[0002]隨著我國高壓電網(wǎng)的大規(guī)模發(fā)展和互聯(lián)程度的提高，在為用戶提供充足電能的同時，由于系統(tǒng)短路阻抗的降低，抵御短路破壞的能力也在下降。由輸電線路短路故障引起的大面積停電事故，在我國及其他國家曾發(fā)生過多次，不僅造成了嚴重的經(jīng)濟損失，也嚴重影響了人們的生產(chǎn)和生活。因此，限制故障電流，降低短路損失，已經(jīng)成為電力輸送領域面臨的重大技術問題。與此同時，也促使故障限流技術發(fā)展成為具有突出前沿交叉特征的科學研究領域，創(chuàng)新性的研究成果不斷涌現(xiàn)。在種類繁多、各具特色的故障限流器中，由串聯(lián)電抗器和電力電容器組成的LC串聯(lián)諧振故障限流器(FCL)，因其諧振阻抗小、損耗小、電路拓撲簡單、限流特性好而格外受到青睞。串聯(lián)諧振限流器的基本電路拓撲由串聯(lián)電抗器、電容器和用來短接電容器的控制開關等組成，如圖1所示，圖中:L為串聯(lián)電抗器，C為電力電容器，K為電容器的短接開關。在系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下，控制開關分斷，串聯(lián)電抗器和電容器工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)。由于串聯(lián)諧振電路的諧振阻抗極小，對輸電沒有負面影響；當發(fā)生系統(tǒng)短路故障時，控制開關迅速閉合，將電容器兩端短接，串聯(lián)諧振停止，串聯(lián)電抗器自動充當了限流器元件。短路電流的限制幅度，僅取決于串聯(lián)電抗器本身的阻抗大小，與其他因素無關。在各種不同控制方式的串聯(lián)諧振限流器中，其基本電路拓撲是相同的，區(qū)別僅僅在于發(fā)生短路故障時，所采用的電容器短接方式(或控制方式)不同而已?；镜目刂品绞接袡C械開關式、飽和電抗器式、晶閘管式、壓敏電阻式等。所有這些用來短接電容器的裝置，盡管其結構形式不同，工作原理不同，但是它們所起的作用是相同的，即開關投切電容器。在上述的各種控制方式中，有的開關速度慢，適應不了快速響應的應用要求，有的結構復雜，可靠性較低。更為重要的是，由于受高壓絕緣的限制，上述各種控制措施均難以適應高壓及超高壓系統(tǒng)的工作要求，因而使串聯(lián)諧振限流器的應用受到限制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]針對目前高壓及超高壓系統(tǒng)中應用的電容器控制開關存在的缺陷，本實用新型提供一種開關響應速度快、開關電流小、可靠性好、結構簡單的由雙分裂電抗器和高壓壓敏電阻組成的串聯(lián)諧振限流器的電容器控制開關。
[0004]解決上述問題的具體技術措施是:一種串聯(lián)諧振限流器的電容器控制開關，其特征是:雙分裂電抗器M為雙繞組單口字形鐵心結構，將N1繞組和N2繞組均分成匝數(shù)相等的兩個小繞組，即1#小繞組N1A、2#小繞組N1B、3#小繞組N2a和4#小繞組N2B，其中1#小繞組Nia套裝在雙分裂電抗器M鐵心的左邊柱上部，3#小繞組N2a套裝在雙分裂電抗器M鐵心的右邊柱上部；2#小繞組Nib套裝在雙分裂電抗器M鐵心的右邊柱下部，4#小繞組N2b套裝在雙分裂電抗器M鐵心的左邊柱下部；并且將1#小繞組Nia的尾端與2#小繞組Nib的尾端相連，將3#小繞組N2a的尾端與4#小繞組N2b的尾端相連；再將1#小繞組Nia的首端與3#小繞組N2a的首端相連，作為雙分裂電抗器M的公共輸入端I ;余下的4#小繞組N2b的首端和2#小繞組Nib的首端作為雙分裂電抗器M的兩個輸出端2和3 繞組的輸出端3與SKK系列高壓壓敏電阻MOV相串聯(lián)。
[0005]本實用新型的有益效果:
[0006]I)開關響應速度快
[0007]由雙分裂電抗器和SKK系列高壓壓敏電阻的導通特性所決定，本實用新型本身的響應時間為微秒數(shù)量級，是飽和電抗器和機械開關所無法比擬的，有利于提高限流器的短路響應速度。
[0008]2)開關電流小、可靠性好
[0009]當控制開關閉合時，流過SKK系列高壓壓敏電阻的電流僅為系統(tǒng)短路電流的1/2，這對提高SKK系列高壓壓敏電阻的使用壽命，提高限流器的可靠性極為有利。如果采用兩個本實用新型控制開關并聯(lián)運行的模式，則通過SKK系列高壓壓敏電阻的電流僅為系統(tǒng)短路電流的1/4，對于限制特大短路電流更加適用。
[0010]3)開關結構簡單
[0011]本實用新型控制開關由于不采用晶閘管及其驅(qū)動、控制、隔離系統(tǒng)，無需外加控制系統(tǒng)，開關的閉合與分斷完全由短路過電壓自行控制，其結構簡單，降低了限流器的工程造價，使串聯(lián)諧振限流器在高壓及超高壓系統(tǒng)中的應用具有實用價值。
[0012]4)本實用新型所采用的SKK系列高壓壓敏電阻可以承受10ms的吸能持續(xù)時間，開關時間為6(Tl00mS的高壓斷路器可以對SKK系列高壓壓敏電阻實施有效保護，進而提高了 SKK系列高壓壓敏電阻的可靠性和限流器的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為基本串聯(lián)諧振限流器的電路圖；
[0014]圖2為本實用新型的結構示意圖；
[0015]圖3為圖2中雙分裂電抗器的繞組裝配的結構示意圖；
[0016]圖4為本實用新型與限流器主電路的連接圖；
[0017]圖5為兩個本實用新型并聯(lián)應用電路的結構圖。
【具體實施方式】
[0018]結合附圖詳細說明本實用新型的結構。
[0019]一種串聯(lián)諧振限流器的電容器控制開關，由雙分裂電抗器M和SKK系列高壓壓敏電阻MOV兩個基本部件組成，即由動作執(zhí)行部件和動作控制部件兩部分組成。其中雙分裂電抗器M是控制開關的動作執(zhí)行部件，SKK系列高壓壓敏電阻MOV是控制開關的動作控制部件。
[0020]本實用新型的具體連接關系如圖2和圖3所示，雙分裂電抗器M，為雙繞組單口字形鐵心結構，在鐵心的兩個邊柱上裝有N1和N2兩個繞組，繞組的參數(shù)按通過該繞組的最大電流設計。將N1繞組和N2繞組均分成匝數(shù)相等的兩個小繞組，即1#小繞組N1A、2#小繞組Nib,3#小繞組N2a和4#小繞組N2b，其中1#小繞組Nia套裝在雙分裂電抗器M鐵心的左邊柱上部，3#小繞組N2a套裝在雙分裂電抗器M鐵心的右邊柱上部；2#小繞組Nib套裝在雙分裂電抗器M鐵心的右邊柱下部，4#小繞組N2b套裝在雙分裂電抗器M鐵心的左邊柱下部；并且將1#小繞組Nia的尾端與2#小繞組Nib的尾端相連，將3#小繞組N2a的尾端與4#小繞組N2b的尾端相連；再將1#小繞組Nia的首端與3#小繞組N2a的首端相連，作為雙分裂電抗器M的公共輸入端I ;余下的4#小繞組N2b的首端和2#小繞組Nib的首端作為雙分裂電抗器M的兩個輸出端2和3 繞組的輸出端3與SKK系列高壓壓敏電阻MOV相串聯(lián)。SKK系列高壓壓敏電阻(合肥賽凱科電氣有限公司生產(chǎn))，又稱吸能式深度過壓保護裝置。其動作電壓及吸能水平要求可根據(jù)串聯(lián)諧振限流器的工作電壓進行選擇，因而使串聯(lián)諧振限流器可以應用于高壓及超高壓系統(tǒng)中。SKK系列高壓壓敏電阻的吸能能力可達兆焦耳數(shù)量級，采用的SKK系列高壓壓敏電阻可以承受10ms的吸能持續(xù)時間，動作數(shù)可達到萬次的水平而不損壞，可以確保控制開關安全可靠地工作。
[0021]本實用新型與限流器主電路的連接關系如圖4所示:雙分裂電抗器M的公共輸入端I與串聯(lián)電抗器L的輸出端相連，SKK系列高壓壓敏電阻MOV的兩端并聯(lián)高壓斷路器QF ；N2繞組的兩端與電容器C相并聯(lián)。為了防止SKK系列高壓壓敏電阻MOV因長時間導通而損壞，在SKK系列高壓壓敏電阻MOV的兩端并聯(lián)了一只高壓旁路斷路器QF1,斷路器QF1與隔離開關QSp QS2是為便于限流器的投切與維修而設置的旁路開關。在限流器正常運行時，QF1分斷，QS1, QS2閉合，系統(tǒng)電流經(jīng)由QSp L、C、QS2流向負載。當限流器需要維修時，首先閉合QF1，通過QF1將限流器旁路掉，輸電電流經(jīng)由QF1流向負載。再斷開QS1和QS2,限流器即與線路完全脫離，可以充分保證限流器的維修安全。限流器檢修結束以后，首先閉合QS1和QS2，再斷開QF1,限流器則重新投入工作。在SKK系列高壓壓敏電阻MOV導通的同時，令高壓斷路器閉合，將電流流過SKK系列高壓壓敏電阻MOV的電流旁路。因SKK系列高壓壓敏電阻MOV的吸能持續(xù)時間可以滿足斷路器吸合時間的要求，因而實現(xiàn)了兩者之間的合理配合。在系統(tǒng)正常運行時，串聯(lián)電抗器L與電容器C的端電壓是穩(wěn)定的，沒有過電壓產(chǎn)生，SKK系列高壓壓敏電阻MOV處于阻斷狀態(tài)，雙分裂電抗器處于高阻抗狀態(tài)，控制開關處于分斷狀態(tài)，由于串聯(lián)電抗器與電容器工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，限流器的阻抗極小，輸電電流幾乎無損耗地通過串聯(lián)電抗器和電容器，對電容器C的工作狀態(tài)沒有影響，串聯(lián)諧振限流器處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。當系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，串聯(lián)電抗器L與電容器C產(chǎn)生的較高的過電壓使SKK系列高壓壓敏電阻MOV擊穿導通，有1/2短路電流流過N1繞組，亦有1/2短路電流流過N2繞組。由于N1與隊繞組的極性相反，且流過的電流相等，所產(chǎn)生的交流磁通相互抵消，引起雙分裂電抗器極速飽和，N2繞組由高阻抗迅速轉(zhuǎn)為極低阻抗，電容器C被N2短接而退出工作，串聯(lián)電抗器L作為限流元件限制短路電流的增加，保護輸電線路和設備免受短路電流的沖擊與破壞。決定N2阻抗變化的元件是SKK系列高壓壓敏電阻MOV。SKK系列高壓壓敏電阻MOV處于阻斷狀態(tài)時，N2為高阻狀態(tài)；SKK系列高壓壓敏電阻MOV處于導通狀態(tài)時，N2為低阻狀態(tài)。決定SKK系列高壓壓敏電阻MOV狀態(tài)的因素是由短路故障引起的較高的過電壓。只要發(fā)生短路故障，就有串聯(lián)電抗器和電容器的過電壓產(chǎn)生，過電壓引起了 SKK系列高壓壓敏電阻MOV擊穿導通和雙分裂電抗器飽和導通，進而引起N2的阻抗急速下降，電容器被N2短接，短路電流受到串聯(lián)電抗器L的限制。雙分裂電抗器飽和導通而呈現(xiàn)極低阻抗，電容器C被雙分裂電抗器M的N2繞組短接，串聯(lián)限流電抗器進入短路限流狀態(tài)。由此可見，雙分裂電抗器的N2繞組是與電容器C相并聯(lián)的，相當于一個并聯(lián)在電容器兩端的開關。當N2為高阻抗時，開關分斷；當N2為低阻抗時，開關閉合，電容器被短接。N2阻抗的變化，決定了電容器的工作狀態(tài)，進而決定了限流器的工作狀態(tài)。
[0022]由以上分析可知，本實用新型其雙分裂電抗器的繞組，相當于普通斷路器的觸頭，起到投切電容器的作用，而與之相配的SKK系列高壓壓敏電阻MOV則相當于普通斷路器的控制線圈，起到控制觸頭分斷與閉合的作用，它們是一個整體的兩個相關部分。正是這兩部分獨特的工作模式，顯示了本實用新型的獨有特點，也顯示了與其他各類串聯(lián)諧振限流器的重大區(qū)別。
[0023]為了擴大應用范圍，本實用新型可以兩個或多個直接并聯(lián)應用，如圖5所示，以有利于實現(xiàn)對特大短路電流的有效限制。
【權利要求】
1.一種串聯(lián)諧振限流器的電容器控制開關，其特征是:雙分裂電抗器(M)為雙繞組單口字形鐵心結構，將N1繞組和N2繞組均分成匝數(shù)相等的兩個小繞組，即1#小繞組(N1A)、2#小繞組(N1B)、3#小繞組(N2a)和4#小繞組(N2B)，其中1#小繞組(Nia)套裝在雙分裂電抗器(M)鐵心的左邊柱上部，3#小繞組(N2a)套裝在雙分裂電抗器(M)鐵心的右邊柱上部；2#小繞組(Nib)套裝在雙分裂電抗器(M)鐵心的右邊柱下部，4#小繞組(N2b)套裝在雙分裂電抗器(M)鐵心的左邊柱下部；并且將1#小繞組(Nia)的尾端與2#小繞組(Nib)的尾端相連，將3#小繞組(N2a)的尾端與4#小繞組(N2b)的尾端相連；再將1#小繞組(Nia)的首端與3#小繞組(N2a)的首端相連，作為雙分裂電抗器(M)的公共輸入端(I);余下的4#小繞組(N2b)的首端和2#小繞組(Nib)的首端作為雙分裂電抗器(M)的兩個輸出端(2)和(3);%繞組的輸出端(3)與SKK系列高壓壓敏電阻(MOV)相串聯(lián)。
【文檔編號】H02H9/02GK204156520SQ201420644021
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權日:2014年11月3日
【發(fā)明者】遲慶陽, 鞏志強, 程剛, 田忠, 王娜, 張志豐, 邱清泉 申請人:丹東欣泰電氣股份有限公司