专利名称：一种短路故障限流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种短路故障限流器。
背景技术：
随着国民经济的快速发展，社会对电力需求不断增加，带动了电力系统的不断发 展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和中心负荷不断增加，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，短路故障对电力系统及其相连的电气设备的破坏性 也越来越大。而且，在对电能需求量日益增长的同时，人们对电能质量、供电可靠性和安全 性等也提出了更高的要求。然而，大电网的暂态稳定性问题比较突出，其中最重要的原因之 一是由于常规电力技术缺乏行之有效的短路故障限流技术。目前，世界上广泛采用断路器 对短路电流全额开断，由于短路电流水平与系统的容量直接相关，在断路器的额定开断电 流水平一定的情况下，采用全额开断短路电流将会限制电力系统容量的增长，并且断路器 价格随着其额定开断电流的增加而迅速上升。随着电网容量和规模的扩大，这一问题将变 得更加严重。 短路故障限流器是解决这一问题的有效途径。它通过在电网发生短路时，在故障 线路中串入阻抗来限制故障电流，以达到保护电力设备和使断路器能可靠开断的目的。图 1所示为美国专利U.S 5， 726， 848 "故障限流器和交流断路器"的拓扑结构图。美国专利 U. S 5， 726， 848采用一种单相晶闸管整流桥结构，将限流电感并联在整流桥的直流端，通过 控制晶闸管的移相角来限制故障电流。该专利的主要问题是谐波含量高，对负载的影响较 大；同时控制方法较复杂，可靠性低。图2为日本专利JP2000，4534 "限流装置"的拓扑结 构图。日本专利JP2000，4534采用单相不控整流桥结构，在桥路的直流端并联限流电感和 正温度系数(PTC)电阻，以达到同时限制故障电流的暂态值和稳态值的作用。由于正温度 系数电阻通过温升来提高电阻值，其响应速度较慢，同时每相电路均需要一个限流电阻，成 本较高。图3所示为中国专利CN100452608C "具有单个自开关的桥式短路故障限流装置" 的一个拓扑结构图。此专利采用在单相不控整流桥的直流端并联限流电感和开关，交流段 并联限流电感的结构。由于三项电路的每一相均需要两个限流电感成本较高。
发明内容
为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种具有单个限流电阻的短路故障限流 器。本发明采用三相电路共享一个限流电阻的结构，且三相可独立控制，每相电路的短路限 流控制不对其他未发生短路的线路产生任何影响。本发明的成本较低，控制方法灵活，可广 泛适用于各种三相电网的故障限流。 本发明的结构如下第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成第 一二极管整流桥；第一二极管和第二二极管的阴极连在一起，构成第一直流连接点，第三二 极管和第四二极管的阳极连在一起，构成第二直流连接点，第三二极管的阴极和第二二极 管的阳极连接在一起，构成第一交流连接点，第四二极管的阴极和第一二极管的阳极连接
4在一起，构成第二交流连接点；第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管组成第
二二极管整流桥；第五二极管和第六二极管的阴极连在一起，构成第三直流连接点，第七二
极管和第八二极管的阳极连在一起，构成第四直流连接点，第七二极管的阴极和第六二极
管的阳极连接在一起，构成第三交流连接点，第八二极管的阴极和第五二极管的阳极连接
在一起，构成第四交流连接点；第九二极管、第十二极管、第十一二极管和第十二二极管组
成第三二极管整流桥；第九二极管和第十二极管的阴极连在一起，构成第五直流连接点，第
十一二极管和第十二二极管的阳极连在一起，构成第六直流连接点，第十一二极管的阴极
和第十二极管的阳极连接在一起，构成第五交流连接点；第十二二极管的阴极和第九极管
的阳极连接在一起，构成第六交流连接点；第一直流连接点和第四直流连接点相连，第三直
流连接点和第六直流连接点相连；第二直流连接点和第五直流连接点分别与限流电阻的两
端相连；第一交流连接点、第二交流连接点与第一变压器的次边的两端分别连接，第一变压
器原边的两端分别与第一相电源和第一相负载的一端相连；第三交流连接点、第四交流连
接点与第二变压器的次边的两端分别连接，第二变压器原边的两端分别与第二相电源和第
二相负载的一端相连；第五交流连接点、第六交流连接点与第三变压器的次边的两端分别
连接，第三变压器原边的两端分别与第三相电源和第三相负载的一端相连；第一直流电抗
器和第十三二极管并联后和第一开关串联；第一直流电抗器的一端和第十三二极管的阴极
与第一直流连接点相连；第一直流电抗器的另一端和第十三二极管的阳极与第一开关的阳
极相连，第一开关的阴极与第二直流连接点相连；第二直流电抗器和第十四二极管并联后
和第二开关串联；第二直流电抗器的一端和第十四二极管的阴极与第三直流连接点相连；
第二直流电抗器的另一端和第十四二极管的阳极与第二开关的阳极相连，第二开关的阴极
与第四直流连接点相连；第三直流电抗器和第十五二极管并联后和第三开关串联；第三直
流电抗器的一端和第十五二极管的阴极与第五直流连接点相连；第三直流电抗器的另一端
和第十五二极管的阳极与第三开关的阳极相连，第三开关的阴极与第六直流连接点相连。 在变压器的漏感和线路阻抗能够满足限制故障电流上升率需要时，也可采用如下
简化结构第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成第一二极管整流桥；第
一二极管和第二二极管的阴极连在一起，构成第一直流连接点，第三二极管和第四二极管
的阳极连在一起，构成第二直流连接点，第三二极管的阴极和第二二极管的阻极连接在一
起，构成第一交流连接点，第四二极管的阴极和第一二极管的阳极连接在一起，构成第二交
流连接点；第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管组成第二二极管整流桥；第
五二极管和第六二极管的阴极连在一起，构成第三直流连接点，第七二极管和第八二极管
的阳极连在一起，构成第四直流连接点，第七二极管的阴极和第六二极管的阳极连接在一
起，构成第三交流连接点；第八二极管的阴极和第五二极管的阳极连接在一起，构成第四交
流连接点。第九二极管、第十二极管、第十一二极管和第十二二极管组成第三二极管整流
桥；第九二极管和第十二极管的阴极连在一起，构成第五直流连接点，第十一二极管和第
十二二极管的阳极连在一起，构成第六直流连接点，第十一二极管的阴极和第十二极管的
阳极连接在一起，构成第五交流连接点，第十二二极管的阴极和第九极管的阳极连接在一
起，构成第六交流连接点；第一直流连接点和第四直流连接点相连，第三直流连接点和第六
直流连接点相连；第二直流连接点和第五直流连接点分别与限流电阻的两端相连；第一交
流连接点、第二交流连接点与第一变压器的次边的两端分别连接，第一变压器原边的两端分别与第一相电源和第一相负载的一端相连；第三交流连接点、第四交流连接点与第二变 压器的次边的两端分别连接，第二变压器原边的两端分别与第二相电源和第二相负载的一 端相连；第五交流连接点、第六交流连接点与第三变压器的次边的两端分别连接，第三变压 器原边的两端分别与第三相电源和第三相负载的一端相连；第一开关的阳极与第一直流连 接点相连，第一开关的阴极与第二直流连接点相连；第二开关的阳极与第三直流连接点相 连，第二开关的阴极与第四直流连接点相连；第三开关的阳极与第五直流连接点相连，第三 开关的阴极与第六直流连接点相连。
以下结合附图和具体实施方式
进一步说明本发明。 图1为美国专利U. S 5， 726， 848 "故障限流器和交流断路器"的拓扑结构图。
图2为日本专利JP2000， 4534 "限流装置"的拓扑结构图。 图3中国专利CN100452608C "具有单个自开关的桥式短路故障限流装置"的一个 拓扑结构图。 图4为本发明带限流电感的拓扑结构。
图5为本发明不带限流电感的拓扑结构。
具体实施例方式
图4所示为本发明的实施例1的拓扑结构。如图4所示，第一二极管D1、第二二极 管D2、第三二极管D3和第四二极管D4组成第一二极管整流桥；第一二极管Dl和第二二极 管D2的阴极连在一起，构成第一直流连接点PD1，第三二极管D3和第四二极管D4的阳极连 在一起，构成第二直流连接点PD2，第三二极管D3的阴极和第二二极管D2的阳极连接在一 起，构成第一交流连接点PA1，第四二极管D4的阴极和第一二极管D1的阳极连接在一起，构 成第二交流连接点PA2 ;第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7和第八二极管D8组 成第二二极管整流桥；第五二极管D5和第六二极管D6的阴极连在一起，构成第三直流连接 点PD3，第七二极管D7和第八二极管D8的阳极连在一起，构成第四直流连接点PD4，第七二 极管D的阴极和第六二极管D6的阳极连接在一起，构成第三交流连接点PA3，第八二极管 D8的阴极和第五二极管D5的阳极连接在一起，构成第四交流连接点PA4 ;第九二极管D9、 第十二极管D10、第十一二极管Dll和第十二二极管D12组成第三二极管整流桥；第九二极 管D9和第十二极管D10的阴极连在一起，构成第五直流连接点PD5，第十一二极管Dl 1和第 十二二极管D12的阳极连在一起，构成第六直流连接点PD6，第十一二极管D11的阴极和第 十二极管D10的阳极连接在一起，构成第五交流连接点PA5 ;第十二二极管D12的阴极和第 九极管D9的阳极连接在一起，构成第六交流连接点PA6 ;第一直流连接点PD1和第四直流 连接点PD4相连，第三直流连接点PD3和第六直流连接点PD6相连；第二直流连接点PD2和 第五直流连接点PD5分别与限流电阻Rl的两端相连；第一交流连接点PA1、第二交流连接 点PA2与第一变压器TR1的次边的两端分别连接，第一变压器TR1原边的两端分别与第一 相电源Usl和第一相负载Zl的一端相连；第三交流连接点PA3、第四交流连接点PA4与第二 变压器TR2的次边的两端分别连接，第二变压器TR2原边的两端分别与第二相电源Us2和 第二相负载Z2的一端相连；第五交流连接点PA5、第六交流连接点PA6与第三变压器TR3的次边的两端分别连接，第三变压器TR3原边的两端分别与第三相电源Us3和第三相负载Z3的一端相连；第一直流电抗器L1和第十三二极管D13并联后和第一开关S1串联；第一直流电抗器L1的一端和第十三二极管D13的阴极与第一直流连接点PD1相连；第一直流电抗器Ll的另一端和第十三二极管D13的阳极与第一开关S1的阳极相连，第一开关S1的阴极与第二直流连接点PD2相连；第二直流电抗器L2和第十四二极管D14并联后和第二开关S2串联；第二直流电抗器L2的一端和第十四二极管D14的阴极与第三直流连接点PD3相连；第二直流电抗器L2的另一端和第十四二极管D14的阳极与第二开关S2的阳极相连，第二开关S2的阴极与第四直流连接点PD4相连；第三直流电抗器L3和第十五二极管D15并联后和第三开关S3串联；第三直流电抗器L3的一端和第十五二极管D15的阴极与第五直流连接点PD5相连；第三直流电抗器L3的另一端和第十五二极管D15的阳极与第三开关S3的阳极相连，第三开关S3的阴极与第六直流连接点PD6相连。 该实施例的具体实施方式
如下当三相电路未发生短路故障时，三个可控开关闭合，二极管整流桥不断给限流电感充电，限流电感近似等效为一恒流源。当线路电流小于电感电流时，限流电感不串入电网，对负载端的电压没有影响；在电网电流的峰值附近，线路电流大于电感电流，限流电感串入电网，由于限流电感相对负载阻抗较小，对负载端电压的影响很小。当三相电路发生短路故障时，限流电感自动串入电网，在变压器漏感和限流电感的作用下，短路电流的上升速度得到抑制。与此同时，限流器在检测到电网电流超过规定的阈值时，将与过流相电路相连的可控开关打开，限流电感被旁路，而限流电阻串入该过流相电路，从而起到限制该过流相故障电流稳态值的作用。当检测到过流相的故障电流小于给定的阈值时，与过流相电路的可控开关闭合，限流电阻被旁路，不对该线路产生影响。在该结构下，由于限流电阻可同时被三相电路利用，因此，具有利用率高，成本低的优点。
图5所示为本发明的实施例2拓扑结构。本发明实施例2是在变压器的漏感和线路阻抗能够满足限制故障电流上升率需要时，简化如图4所示的本发明实施例1的拓扑结构，取消第一直流电抗器Ll、第二直流电抗器L2和第三直流电抗器L3以及第十三二极管D13、第十四二极管D14和第十五二极管D15。如图5所示，第一二极管Dl、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4组成第一二极管整流桥；第一二极管Dl和第二二极管D2的阴极连在一起，构成第一直流连接点PD1，第三二极管D3和第四二极管D4的阳极连在一起，构成第二直流连接点PD2，第三二极管D3的阴极和第二二极管D2的阳极连接在一起，构成第一交流连接点PA1，第四二极管D4的阴极和第一二极管D1的阳极连接在一起，构成第二交流连接点PA2 ;第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7和第八二极管D8组成第二二极管整流桥；第五二极管D5和第六二极管D6的阴极连在一起，构成第三直流连接点PD3，第七二极管D7和第八二极管D8的阳极连在一起，构成第四直流连接点PD4，第七二极管D7的阴极和第六二极管D6的阳极连接在一起，构成第三交流连接点PA3 ;第八二极管D8的阴极和第五二极管D5的阳极连接在一起，构成第四交流连接点PA4。第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管Dll和第十二二极管D12组成第三二极管整流桥；第九二极管D9和第十二极管D10的阴极连在一起，构成第五直流连接点PD5，第i^一二极管Dll和第十二二极管D12的阳极连在一起，构成第六直流连接点PD6，第十一二极管D11的阴极和第十二极管DIO的阳极连接在一起，构成第五交流连接点PA5，第十二二极管D12的阴极和第九极管D9的阳极连接在一起，构成第六交流连接点PA6 ;第一直流连接点PD1和第四直流连接点PD4相连，第三直流连接点PD3和第六直流连接点PD6相连；第二直流连接点PD2 和第五直流连接点PD5分别与限流电阻的两端相连；第一交流连接点PA1、第二交流连接点 PA2与第一变压器TR1的次边的两端分别连接，第一变压器TR1原边的两端分别与第一相电 源Usl和第一相负载Zl的一端相连；第三交流连接点PA3、第四交流连接点PA4与第二变 压器TR2的次边的两端分别连接，第二变压器TR2原边的两端分别与第二相电源Us2和第 二相负载Z2的一端相连；第五交流连接点PA5、第六交流连接点PA6与第三变压器TR3的 次边的两端分别连接，第三变压器TR3原边的两端分别与第三相电源Us3和第三相负载Z3 的一端相连；第一开关S1的阳极与第一直流连接点PD1相连，第一开关S1的阴极与第二直 流连接点PD2相连；第二开关S2的阳极与第三直流连接点PD3相连，第二开关S2的阴极与 第四直流连接点PD4相连；第三开关S3的阳极与第五直流连接点PD5相连，第三开关S3的 阴极与第六直流连接点PD6相连。 该实施例的具体实施方式
如下当三相电路未发生短路故障时，三个可控开关闭 合，二极管整流桥两端的电压仅为可控开关的管压降，由于其压降很低，对负载端的电压几 乎没有影响。当三相电路发生短路故障时，在变压器漏感的作用下，短路电流的上升速度得 到抑制。与此同时，限流器在检测到电网电流超过规定的阈值时，将与过流相电路相连的可 控开关打开，限流电阻串入该过流相电路，从而起到限制该过流相故障电流稳态值的作用。 当检测到过流相的故障电流小于给定的阈值时，与过流相电路的可控开关闭合，限流电阻 被旁路，不对该线路产生影响。在该结构下，由于限流电阻可同时被三相电路利用，因此，具 有利用率高，成本低的优点。
8
权利要求
一种短路故障限流器，其特征在于所述的故障限流器中，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)组成第一二极管整流桥；第一二极管(D1)和第二二极管(D2)的阴极连在一起，构成第一直流连接点(PD1)，第三二极管(D3)和第四二极管(D4)的阳极连在一起，构成第二直流连接点(PD2)，第三二极管(D3)的阴极和第二二极管(D2)的阳极连接在一起，构成第一交流连接点(PA1)，第四二极管(D4)的阴极和第一二极管(D1)的阳极连接在一起，构成第二交流连接点(PA2)；第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)和第八二极管(D8)组成第二二极管整流桥；第五二极管(D5)和第六二极管(D6)的阴极连在一起，构成第三直流连接点(PD3)，第七二极管(D7)和第八二极管(D8)的阳极连在一起，构成第四直流连接点(PD4)，第七二极管(D7)的阴极和第六二极管(D6)的阳极连接在一起，构成第三交流连接点(PA3)，第八二极管(D8)的阴极和第五二极管(D5)的阳极连接在一起，构成第四交流连接点(PA4)；第九二极管(D9)、第十二极管(D10)、第十一二极管(D11)和第十二二极管(D12)组成第三二极管整流桥；第九二极管(D9)和第十二极管(D10)的阴极连在一起，构成第五直流连接点(PD5)，第十一二极管(D11)和第十二二极管(D12)的阳极连在一起，构成第六直流连接点(PD6)，第十一二极管(D11)的阴极和第十二极管(D10)的阳极连接在一起，构成第五交流连接点(PA5)；第十二二极管(D12)的阴极和第九极管(D9)的阳极连接在一起，构成第六交流连接点(PA6)；第一直流连接点(PD1)和第四直流连接点(PD4)相连，第三直流连接点(PD3)和第六直流连接点(PD6)相连；第二直流连接点(PD2)和第五直流连接点(PD5)分别与限流电阻(R1)的两端相连；第一交流连接点(PA1)、第二交流连接点(PA2)与第一变压器(TR1)的次边的两端分别连接，第一变压器(TR1)原边的两端分别与第一相电源(Us1)和第一相负载(Z1)的一端相连；第三交流连接点(PA3)、第四交流连接点(PA4)与第二变压器(TR2)的次边的两端分别连接，第二变压器(TR2)原边的两端分别与第二相电源(Us2)和第二相负载(Z2)的一端相连；第五交流连接点(PA5)、第六交流连接点(PA6)与第三变压器(TR3)的次边的两端分别连接，第三变压器(TR3)原边的两端分别与第三相电源(Us3)和第三相负载(Z3)的一端相连；第一直流电抗器(L1)和第十三二极管(D13)并联后和第一开关(S1)串联；第一直流电抗器(L1)的一端和第十三二极管(D13)的阴极与第一直流连接点(PD1)相连；第一直流电抗器(L1)的另一端和第十三二极管(D13)的阳极与第一开关(S1)的阳极相连，第一开关(S1)的阴极与第二直流连接点(PD2)相连；第二直流电抗器(L2)和第十四二极管(D14)并联后和第二开关(S2)串联；第二直流电抗器(L2)的一端和第十四二极管(D14)的阴极与第三直流连接点(PD3)相连；第二直流电抗器(L2)的另一端和第十四二极管(D14)的阳极与第二开关(S2)的阳极相连，第二开关(S2)的阴极与第四直流连接点(PD4)相连；第三直流电抗器(L3)和第十五二极管(D15)并联后和第三开关(S3)串联；第三直流电抗器(L3)的一端和第十五二极管(D15)的阴极与第五直流连接点(PD5)相连；第三直流电抗器(L3)的另一端和第十五二极管(D15)的阳极与第三开关(S3)的阳极相连，第三开关(S3)的阴极与第六直流连接点(PD6)相连。
2. —种如权利要求所述的短路故障限流器，其特征在于或取消所述的第一直流电抗器 (Ll)、第二直流电抗器(L2)和第三直流电抗器(L3)，以及第十三二极管(D13)、第十四二极 管(D14)和第十五二极管(D15);在所述故障限流器的器件中，第一二极管(Dl)、第二二极 管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)组成第一二极管整流桥；第一二极管(Dl)和第二二极管(D2)的阴极连在一起，构成第一直流连接点(PD1)，第三二极管(D3)和第四二 极管(D4)的阳极连在一起，构成第二直流连接点(PD2)，第三二极管(D3)的阴极和第二二 极管(D2)的阳极连接在一起，构成第一交流连接点(PA1)，第四二极管(D4)的阴极和第 一二极管(Dl)的阳极连接在一起，构成第二交流连接点(PA2);第五二极管(D5)、第六二极 管(D6)、第七二极管(D7)和第八二极管(D8)组成第二二极管整流桥；第五二极管(D5)和 第六二极管(D6)的阴极连在一起，构成第三直流连接点(PD3)，第七二极管(D7)和第八二 极管(D8)的阳极连在一起，构成第四直流连接点(PD4)，第七二极管(D7)的阴极和第六二 极管(D6)的阳极连接在一起，构成第三交流连接点(PA3);第八二极管(D8)的阴极和第 五二极管(D5)的阳极连接在一起，构成第四交流连接点(PA4)。第九二极管(D9)、第十二 极管(D10)、第十一二极管(D11)和第十二二极管(D12)组成第三二极管整流桥；第九二 极管(D9)和第十二极管(D10)的阴极连在一起，构成第五直流连接点(PD5)，第十一二极 管(D11)和第十二二极管(D12)的阳极连在一起，构成第六直流连接点(PD6)，第十一二极 管(D11)的阴极和第十二极管(D10)的阳极连接在一起，构成第五交流连接点(PA5)，第 十二二极管(D12)的阴极和第九极管(D9)的阳极连接在一起，构成第六交流连接点(PA6); 第一直流连接点(PD1)和第四直流连接点(PD4)相连，第三直流连接点(PD3)和第六直流 连接点(PD6)相连；第二直流连接点(PD2)和第五直流连接点(PD5)分别与限流电阻的两 端相连；第一交流连接点(PA1)、第二交流连接点(PA2)与第一变压器(TR1)的次边的两端 分别连接，第一变压器(TR1)原边的两端分别与第一相电源(Usl)和第一相负载(Zl)的一 端相连；第三交流连接点(PA3)、第四交流连接点(PA4)与第二变压器(TR2)的次边的两端 分别连接，第二变压器(TR2)原边的两端分别与第二相电源(Us2)和第二相负载(Z2)的一 端相连；第五交流连接点(PA5)、第六交流连接点(PA6)与第三变压器(TR3)的次边的两端 分别连接，第三变压器(TR3)原边的两端分别与第三相电源(Us3)和第三相负载(Z3)的一 端相连；第一开关(Sl)的阳极与第一直流连接点(PD1)相连，第一开关(Sl)的阴极与第 二直流连接点(PD2)相连；第二开关(S2)的阳极与第三直流连接点(PD3)相连，第二开关 (S2)的阴极与第四直流连接点(PD4)相连；第三开关(S3)的阳极与第五直流连接点(PD5) 相连，第三开关(S3)的阴极与第六直流连接点(PD6)相连。
全文摘要
一种短路故障限流器，采用了三相共享一个限流电阻的结构，通过隔离变压器的漏感或者隔离变压器的漏感与限流电感相结合的方式来限制故障电流的上升速率，并在检测的电网过流时，通过开关动作将故障线路串入共享的限流电阻，从而达到限制故障电流的稳态值的作用。该限流器三相可独立控制，故障相的限流操作不对非故障相产生任何影响，因此灵活性高；同时由于采用共享一个限流电阻的结构，该装置的成本和体积将大大降低，并提高了系统的可靠性。
文档编号H02H9/02GK101707365SQ20091023879
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者张志丰, 戴少涛, 肖立业, 郭文勇 申请人:中国科学院电工研究所