专利名称：基于常导直流线圈的铁芯饱和型故障限流器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力系统短路电流限制装置，具体的说是一种增强电力系统安全稳定性、能够抑制短路电流至合理水平的基于直流线圈的铁芯饱和型故障限流器。
技术背景 随着超\特高压电网形成；区域电网环网运行；智能电网的建设，具有分布式特性的微电源的不断接入电网(分布式微电源的助增作用使得故障电流进一步增大)；城市和工业区的大负荷区域性集中，电力系统面临着一个新的难题，即各个电压等级的短路电流不断增大，超过了断路器的遮断容量。短路电流水平的增大，这要求输变电设备的耐压能力必须进一步提高。与之电网重新规划、变电站和线路的升级改造、电网分列运行等措施相t匕，故障限流器是一种投资小，限制故障电流的效果显著的方法之一。故障电流限制器根据其构成原理可分为固态限流器、PTC (PositiveTemperature Coefficient,正的温度系数)电阻限流器、超导限流器以及各种混合式限流器，目前国内外研究较多是固态限流器如ABB等、阻抗式超导限流器如Siemens等和磁饱和式超导限流器如Zenergy和云电英纳等。其中固态限流器为电力电子设备在电力系统中大量地应用，采用GTO、SCR、IGBT等电力电子器件在电网故障时，快速反应，关断低阻电路，打开高阻电路来实现限流的，主要有GTO开关型限流器、SCR谐振式限流器、SCR可变阻抗式限流器、变压器耦合式限流器等。PTC电阻限流器利用PTC材料的正温度非线性电阻特性进行限流；当系统发生短路故障时，短路电流引起PTC材料发热膨胀，电阻温度的迅速增加使得PTC限流器的电阻值急剧增加，从而起到限制故障电流的作用。超导故障限流器，根据是否利用超导材料的失超特性限流，可以分为失超型和非失超型；根据限流器的结构特点可以分为电阻型、桥路型、磁屏蔽型、变压器型、饱和铁芯型等。其中，主动式饱和铁芯型超导故障限流器由超导线圈、铁芯、常导线圈和励磁系统、控制系统等耦合而成，集检测、触发和限流于一身，利用超导材料的零电阻特性或完全反磁性，由超导线圈以及其他器件组成特殊拓扑结构达到限制系统短路电流的目的。主动式体现在控制系统实时监测电网运行情况，根据运行情况作出相应的判断和控制策略；饱和铁芯型主要是利用铁芯B\H曲线，在深度饱和时，表征为低阻态，在非饱和区域时，表征为高阻态，因此此种限流器具有了稳态低阻、限流高阻、自动响应、快速恢复等四大特征。根据设计需要，超导限流器可将短路电流限制到电网能够承受的水平，有效解决短路电流对系统和电气设备的危害，减少经济损失，降低电网建设成本，是促进电力发展、提高电网安全可靠性的一种有效措施。当前的几种限流器分别存在如下问题固态限流器依赖于电力电子器件的发展水平；PTC型限流器受制于PTC材料不能多次使用等；阻抗式超导故障限流器不能有效地配合电力系统的各种运行状况如重合闸等；铁芯饱和型超导故障限流器，营造超导带材和超导环境不仅价格昂贵，安装占地空间大，而且超导和常导的接头的焊接技术要求高，影响了故障限流器(FCL, Fault Current Limiter)的推广应用。
实用新型内容针对现有技术中超导故障限流器不能有效地配合电力系统的各种运行状况、安装占地空间大等不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种不需要运行在苛刻的低温环境中且制造成本低、安装占地面积小的基于常导直流线圈的铁芯饱和型故障限流器。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是本实用新型一种基于常导直流线圈的铁芯饱和型故障限流器由控制线圈、工作线圈和铁芯通过磁场耦合而成，其中控制线圈采用常导导线绕制而成。所述控制线圈外接直流励磁电源，具有配合重合闸动作的快速充磁回路和配合限流器从电网稳态到电网暂态切换的快速灭磁回路；铁芯具有引导深度饱和直流磁通的结构，即采用交叉叠片，在磁柱和磁轭的结合处采用弧形接口 ；所述控制线圈的绕组方式为线饼串联形成线圈，再并联形成控制绕组。本实用新型具有以下有益效果及优点I.本实用新型基于磁阻效应原理，充分地考虑了电力系统稳态、暂态和重合闸等状态的电网运行状况和对故障限流器的要求。2.基于常导线圈的故障限流器不再受超导带材的限制，也不需要运行在苛刻的超导低温环境中，而且制造成本相对低，安装占地面积相对小。
图I为本实用新型单相设计松耦合结构原理图；图2本实用新型两个电抗器一次侧串联，二次侧反向并联结构原理图；图3本实用新型处于饱和态时的B/H曲线；图4本实用新型处于限流态时的B/H曲线。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步阐述。如图1、2所示，本实用新型一种基于常导直流线圈的铁芯饱和型故障限流器由控制线圈(即直流线圈)、工作线圈(即交流线圈)和铁芯通过磁场耦合而成，其中控制线圈采用常导导线绕制而成。控制线圈外接直流励磁电源。本实用新型是根据FCL的特性，应用磁饱和原理(磁场在深度饱和区，电阻极小；在非饱和区，电阻很大)，设计出的一种故障限流器，由工作线圈、控制线圈和铁芯等组成，三者通过磁场进行耦合。从电力系统角度来说，其运行状态分为稳态、故障态和重合闸等三种。稳态时，控制线圈中的直流电流足够大，使铁芯处于饱和状态，工作线圈的阻抗表征为低阻态；故障过渡状态时，控制线圈直流断开，铁芯处于非饱和态，工作线圈表征为高阻态；重合闸状态运行时，控制线圈对铁芯快速充磁，保证在重合闸动作前，保证工作线圈在超饱和的磁场中。从故障线路器角度来看，分为超饱和状态和非饱和状态等两种。下面从电路和磁路方面分别分析基于常导直流线圈的故障限流器(NFCL-Normal Fault CurrentLimiter)的原理(根据图I的标注)。磁路方程为
权利要求1.ー种基于常导直流线圈的铁芯饱和型故障限流器，其特征在干由控制线圈、工作线圈和铁芯通过磁场耦合而成，其中控制线圈采用常导导线绕制而成。
2.按权利要求I所述的基于常导直流线圈的铁芯饱和型故障限流器，其特征在于所述控制线圈外接直流励磁电源，具有配合重合闸动作的快速充磁回路和配合限流器从电网稳态到电网暂态切换的快速灭磁回路。
3.按权利要求I所述的常导直流线圈的铁芯饱和型故障限流器，其特征在于铁芯具有引导深度饱和直流磁通的结构，即采用交叉叠片，在磁柱和磁轭的结合处采用弧形接ロ。
4.按权利要求I所述的常导直流线圈的铁芯饱和型故障限流器，其特征在于所述控制线圈的绕组方式为线饼串联形成线圈，再并联形成控制绕组。
专利摘要本实用新型涉及一种基于常导直流线圈的铁芯饱和型故障限流器，由控制线圈、工作线圈和铁芯通过磁场耦合而成，其中控制线圈采用常导导线绕制而成；所述控制线圈外接直流励磁电源，具有配合重合闸动作的快速充磁回路和配合限流器从电网稳态到电网暂态切换的快速灭磁回路。本实用新型基于磁阻效应原理，充分地考虑了电力系统稳态、暂态和重合闸等状态的电网运行状况和对故障限流器的要求。
文档编号H02H9/02GK202424148SQ20112054936
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者刘步峰, 周文, 曲通, 董坤, 谢志迅, 顾新波 申请人:特变电工沈阳变压器集团有限公司