一種飽和鐵芯型故障限流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種故障限流器的鐵芯結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)的擴(kuò)展、分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)的互聯(lián)越來越緊密，系統(tǒng)的 短路容量越來越大，短路電流呈現(xiàn)不斷上升趨勢，故障限流器的研宄成為了熱點(diǎn)。故障限流 器應(yīng)用于高壓電網(wǎng)，可有效限制短路故障后系統(tǒng)的短路電流。故障限流器在電網(wǎng)正常運(yùn)行 時表現(xiàn)為微小阻抗，在電網(wǎng)發(fā)生短路故障時后，能迅速呈現(xiàn)高阻抗，將故障電流限制在一定 的水平。
[0003] 基本的磁飽和型故障限流器，其直流線圈產(chǎn)生很強(qiáng)的直流磁場，使鐵芯處于深度 飽和狀態(tài)。在電力系統(tǒng)正常工作時，由于鐵芯處于深度磁飽和狀態(tài)，而且交流繞組產(chǎn)生的磁 場不足以使鐵芯退出飽和狀態(tài)，所以交流線圈在電網(wǎng)中呈現(xiàn)低感抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生短 路故障時，過大的短路電流使直流線圈磁場和交流線圈磁場方向相反的鐵芯部分退出磁飽 和狀態(tài)，在交流線圈中引起磁通量的變化，產(chǎn)生高感抗，從而限制短路電流。在一個周期內(nèi)， 兩個直流線圈分別使鐵芯退飽和，故障限流器在周期內(nèi)有效地限制短路電流。
[0004] 現(xiàn)有飽和鐵芯型故障限流器缺陷是：直流線圈中需要通過足夠大的電流，才能在 電網(wǎng)正常工作不會使鐵芯退出飽和狀態(tài)，這會增大系統(tǒng)的功率損耗和散熱問題，也會增大 直流電源的設(shè)計(jì)難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種飽和鐵芯型故障限 流器，用于解決現(xiàn)有的飽和鐵芯型故障限流器需要提供足夠大的直流電流，系統(tǒng)功耗高、散 熱困難、直流電源的設(shè)計(jì)難度大的技術(shù)問題。
[0006] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 一種飽和鐵芯型故障限流器，包括四柱型鐵芯、2組直流繞組和1組交流繞組；2組 直流繞組串聯(lián)且連接在直流電源DC上，且分別繞制在四柱型鐵芯的中間兩個芯柱上，繞制 方向上滿足兩個直流繞組在鐵芯中產(chǎn)生的磁場方向相同；交流繞組串接在交流電源AC和 負(fù)載&之間，且交流繞組繞制在直流繞組外側(cè)，且以中間兩個芯柱整體為繞制軸進(jìn)行繞制。
[0008] 由于2組直流繞組在鐵芯中產(chǎn)生的磁場方向相同，且在鐵芯中構(gòu)成閉合的磁回 路，因此當(dāng)鐵芯進(jìn)入深度磁飽和狀態(tài)時，直流線圈中所需的電流值會明顯減小，進(jìn)而可以降 低直流回路的功耗，改善限流器裝置工作時的散熱問題。
[0009] 進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，2組直流繞組纏繞圈數(shù)相同。有利于鐵芯中的磁場分布左 右對稱。
[0010] 有益效果：
[0011] 本發(fā)明提供的一種新型飽和鐵芯型故障限流器具有如下效果：
[0012] 1)與傳統(tǒng)的飽和鐵芯型故障限流器一樣，在電網(wǎng)正常工作時呈現(xiàn)微小阻抗，在發(fā) 生短路故障時，能快速限制短路電流的大?。?br>[0013] 2)對于相同規(guī)格的飽和鐵芯型故障限流器，本發(fā)明所提出的結(jié)構(gòu)在直流電流很小 的情況下即可使鐵芯進(jìn)入深度飽和狀態(tài)；
[0014] 3)由于所需直流電流值減小，故障限流器系統(tǒng)的能耗和散熱都得到改善，并且直 流電源的設(shè)計(jì)難度大為降低。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的基本原理圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0018] 如圖1所示是本發(fā)明的基本原理圖。新型故障限流器的鐵芯結(jié)構(gòu)1為四柱型，將2 組直流繞組2、4串聯(lián)并繞制在中間的兩根芯柱上，繞制方向上滿足2組直流繞組2、4在鐵 芯中產(chǎn)生的磁場方向相同，交流繞組3串接在交流電源AC和負(fù)載&之間，且交流繞組3繞 制在直流繞組2、4的外側(cè)，且以中間兩個芯柱整體為繞制軸進(jìn)行繞制。
[0019] 新型飽和鐵芯限流器有兩個回路，直流回路上是直流電流源DC、電阻R2、組直流 繞組2、4以及開關(guān)S2的串聯(lián)。交流回路上是交流電壓源AC、電阻R1、開關(guān)S1、負(fù)載電阻& 以及交流繞組3的串聯(lián)，開關(guān)S3與電阻&并聯(lián)。
[0020] 參見圖2,四柱型鐵芯結(jié)構(gòu)1采用的材料是電工硅鋼片，直流繞組2、4以及交流繞 組3是由普通導(dǎo)線繞制而成，其中鐵芯的尺寸規(guī)格、線圈的扎數(shù)與故障限流器的額定參數(shù) 大小有關(guān)。
[0021] 參見圖1和圖2,開關(guān)S2閉合、S1斷開、S3斷開，直流回路導(dǎo)通，2個直流繞組2、 4中形成的磁場使鐵芯進(jìn)入深度飽和狀態(tài)；閉合開關(guān)S1，交流回路導(dǎo)通，故障限流器工作在 正常狀態(tài)下，交流繞組3產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度不足以使鐵芯退去飽和狀態(tài)，鐵芯中磁場強(qiáng)度B基 本無變化，交流繞組3所交鏈的磁通變化很小，交流繞組3兩端的感應(yīng)電動勢很小，即在正 常工作情況下，故障限流器的阻抗很小。
[0022] 閉合開關(guān)S3,負(fù)載電阻&被短路，由于交流繞組3以中間兩個芯柱整體為軸繞 制，則交流繞組3在中間兩個芯柱上產(chǎn)生的磁場方向始終一致，然而2組直流繞組2、4在中 間兩個芯柱上產(chǎn)生的磁場形成首尾相接的形式，在任意時刻必然存在其中一個芯柱上交流 繞組3產(chǎn)生的磁場和直流繞組2、4產(chǎn)生的磁場方向相反，同時刻的另外一個芯柱上交流繞 組3產(chǎn)生的磁場和直流繞組2、4產(chǎn)生的磁場方向相同；磁場方向相反的芯柱退出磁飽和狀 態(tài)，磁場方向相同的芯柱仍然處于磁飽和狀態(tài)；半個周期后，兩個芯柱的狀態(tài)交換，如此循 環(huán)……這種情況下，交流繞組3所鏈的磁通發(fā)生變化，故障限流器對電網(wǎng)呈現(xiàn)阻抗，但是阻 抗值仍然比較小。
[0023] 通過檢測系統(tǒng)在交流電路發(fā)生短路故障時，即開發(fā)S3閉合的時候，控制斷開開關(guān) S2,直流繞組2、4不再產(chǎn)生磁場，交流繞組3中的鐵芯全部退出磁飽和，交流繞組3呈現(xiàn)高 阻抗，能快速、有效地限制故障電流到所規(guī)定的值。
[0024] 下面通過有限元仿真軟件JMAG模擬電網(wǎng)發(fā)生短路，記錄短路發(fā)生時刻起的第一 個周期T = 0. 02s內(nèi)本發(fā)明裝置中直流繞組2、4中鐵芯的磁通密度，分別列于表1中。 [0025]表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種飽和鐵芯型故障限流器，其特征在于：包括四柱型鐵芯、2組直流繞組和1組交 流繞組；2組直流繞組串聯(lián)且連接在直流電源DC上，且分別繞制在四柱型鐵芯的中間兩個 芯柱上，繞制方向上滿足2組直流繞組在鐵芯中產(chǎn)生的磁場方向相同；交流繞組串接在交 流電源AC和負(fù)載&之間，且交流繞組繞制在直流繞組外側(cè)，且以中間兩個芯柱整體為繞制 軸進(jìn)行繞制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的飽和鐵芯型故障限流器，其特征在于：2組直流繞組纏繞圈數(shù) 相同。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種飽和鐵芯型故障限流器，包括四柱型鐵芯、2組直流繞組和1組交流繞組；2組直流繞組串聯(lián)且連接在直流電源DC上，且分別繞制在四柱型鐵芯的中間兩個芯柱上，繞制方向上滿足2組直流繞組在鐵芯中產(chǎn)生的磁場方向相同；交流繞組串接在交流電源AC和負(fù)載RL之間，且交流繞組繞制在直流繞組外側(cè)，且以中間兩個芯柱整體為繞制軸進(jìn)行繞制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、可以有效限制短路電流，具有功耗小、散熱好等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H02H9-02
【公開號】CN104836216
【申請?zhí)枴緾N201510190331
【發(fā)明人】鄭建勇, 董志軍, 趙曄, 沙浩源, 梅軍
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月29日