专利名称：具有旁路电感的短路故障限流器的制作方法
技术领域：
本发明创造属于柔性交流输电技术，对电力系统短路故障电流及其上升率进行限制。
超导限流器(超导电阻型、超导电感型、桥路直流超导电感型等)在其中通过正常电流时，限流电阻或限流电感处于超导态，表现出的阻抗为零，对电力系统几乎无影响；当电力系统发生短路故障时，通过限流电阻或限流电感的电流急剧增加，引起超导限流电阻或电感温度升高，脱离超导状态，限流电阻或限流电感数值急剧增加，对短路故障电流进行限制。PTC电阻故障限流器中的电阻具有正的温度系数，在距常负载电流下，其电阻值接近于零，在短路故障引起电流急剧增加从而是PTC电阻温度增加时，其电阻值进一步增加再引起温度升高，温度升高进一步使电阻值增加，从而对故障电流进行限制。超导限流器和PTC电阻故障限流器等都具有集电流检测、触发、限流功能于一身等优良性能，具有一定的应用前景。
图3所示为经典的GTO限流器的示意图，采用反并联的GTO和限流电抗器L并联的方案(多个反并联GTO对用来提高电压等级)。在系统正常运行时，触发所有的GTO对，忽略GTO管压降，限流器的存在对系统无不良影响；当发生短路故障时，控制关断所有GTO对，限流电抗器插入电路进行限流。已经应用于电力系统现场。
根据电力系统继电保护的需要，在发生短路故障之后，要求对短路电流有所限制，但短路电流必须保持在一个较大的数值(如6倍、10倍左右)上一段时间，以满足电力系统继电保护的需要。这样以来，采用上述的限流器方案，则限流电抗器、整流用晶闸管元件、超导电阻、超导电感、PTC电阻等的额定电流数值很大，导致限流设备非常大的体积、重量和很高的成本。
为实现上述目的，采用技术方案的中心内容是在现有短路故障限流器的两端并联一旁路电感。
该方案可以是单相的具有旁路电感的短路故障限流器结构；也可以是单相具有旁路电感的带有耦合变压器的短路故障限流器；也可以将三个单相的具有旁路电感短路故障限流器应用于三相系统组成三相的具有旁路电感的短路故障限流器；或是采用优化的具有旁路电感的三相接地或不接地系统短路故障限流器结构；也可以是具有旁路电感的带有耦合变压器的三相接地或不接地系统短路故障限流器；也可以在超导限流器(超导电阻型、超导电感型、桥路直流超导电感型)、正温度系数PTC电阻故障限流器等其它形式的短路故障限流器上并联一旁路电感。
这种限流器的有益效果
1.在上述专利技术的限流器两端加旁路电感构成新的具有旁路电感短路故障限流器，和原有限流器相比显著进步是，当短路故障发生时，原有限流器首先起到限流作用，当系统检测到短路故障之后，或封锁晶闸管驱动信号，或控制晶闸管整流桥处于逆变状态，尽快关闭整流桥，在此期间旁路电感开始承担部分故障电流，在整流桥完全关闭之后，短路电流完全由旁路电感承担。这样，整流桥和直流侧限流电抗器的额定电流可以设计为适当大于负载额定电流最大值，取适当裕量即可。由于直流侧限流电抗器的电流值设计得较小，所以可以大大减小其体积、重量和成本。而旁路电感工作于交流电路，而且在秒级的短路时间内允许的过电流能力较强，从而在整体上显著减小限流器的体积、重量和成本。
2.在超导限流器(超导电阻型、超导电感型、桥路直流超导电感型)、正温度系数PTC电阻故障限流器上并联一旁路电感，构成新的具有旁路电感短路的故障限流器，和原有限流器相比显著进步是，当短路故障发生时，原有限流器首先起到限流作用，当系统检测到短路故障之后，断开原有限流器电路，旁路电感承担全部短路电流。所以原有限流器的电流定额可以设计为适当大于负载额定电流最大值，取适当裕量即可。所以，可以大大减小原有限流器的体积、重量和成本，同样由于旁路电感工作于交流电路，而且在秒级的短路时间内允许的过电流能力较强，从而在整体上显著减小限流器的体积、重量和成本。
3.相对于经典的GTO限流器(如图3所示)，其突出的实质性特点在于以下两个方面1)具有旁路电感的短路故障限流器是有一个功能完善的限流器和一个旁路电感并联组成，旁路电感的作用是通过外特性的协调，在保持原限流器优点的前提下，有效减小限流设备的体积、重量、成本，若去掉旁路电感，限流器同样可以完成限流功能，只是限流器的体积、重量、成本有很大的增加；而在GTO限流器方案中，并联电感和GTO缺一不可，缺少GTO则为传统的限流电抗器，压降高，功耗大，缺少电抗器则完全失去限流作用。
2)本发明创造具有旁路电感的短路故障限流器，在发生短路故障而且限流器检测到故障存在之后，封锁晶闸管驱动信号，或是晶闸管全控桥处于逆变状态，将限流电抗器上的电能回馈给电网之后，关闭整流桥，旁路电感承担故障电流，虚线框内的限流器在电流过零时切除，旁路电感可以按照系统的要求设计，完全可以承担全部允许的短路电流。而GTO限流器方案，在检测到短路故障之后，立即关掉GTO，由于电感电流不能突变，GTO的突然切断会引起很高的操作过电压和高频振荡，所以，限流电抗器的数值不能太大，限流效果也不会太好。
图1(a)、图1(b)、图1(c)为现有专利技术的短路故障限流器电路原理示意图图2为本发明创造例1的电路原理示意图图3为经典的GTO短路故障限流器电路原理示意图图4为本发明创造例2的电路原理示意图图5为本发明创造例3的电路原理示意图图6为本发明创造例4的电路原理示意图图7为本发明创造例5的电路原理示意图图8为本发明创造例6的电路原理示意图图9为本发明创造例7的电路原理示意图图10为本发明创造例8的电路原理示意图图11为本发明创造例9的电路原理示意图图12为本发明创造例10的电路原理示意图图13为本发明创造例11的电路原理示意图图14为本发明创造例12的电路原理示意图图15为本发明创造例13的电路原理示意图图16为本发明创造例14的电路原理示意图具体实施方式
参照附图详细说明技术方案的实施例例1如图2所示，为单相具有旁路电感的短路故障限流器，由原有单相短路故障限流器(如虚线框内所示)和旁路电感L2组成，旁路电感并接在原有单相短路故障限流器的单相整流桥的两交流输入端M、N。原有单相短路故障限流器由二晶闸管T1、T2和两二极管D1、D2组成的单相整流桥及直流限流电抗器L1组成的，L1并联在单相整流桥的直流输出。Vs为交流电源，R为负载电阻。
例2如图4所示，为三个单相具有旁路电感的短路故障限流器应用于三相不接地系统的实例。三个单相具有旁路电感的短路故障限流器结构完全同例1。旁路电感并接在原有单相短路故障限流器的单相整流桥的两交流输入端。Va、Vb、Vc分别为a、b、c三相电源，R为三相负载，a、b、c三相中的单相具有旁路电感的短路故障限流器分别串联在a、b、c各相的电源和负载之间。对于三相接地系统来说，只须分别将交流电源的中性点和负载中性点接地。
例3如附图5所示，为单相带有耦合变压器的具有旁路电感的短路故障限流器。
对于高压或超高压电力系统来说，需要采用降压变压器耦合，以降低限流器中功率电子器件的电压定额，从而降低限流器成本。该限流器由旁路电感L3、耦合变压器TR1和原有的基于专利技术的单相短路故障限流器组成。旁路电感L3并联在耦合变压器TR1的原边，耦合变压器副边并联在原有单相短路故障限流器的整流桥的交流输入端。原有单相短路故障限流器由二晶闸管T1、T2和两二极管D1、D2组成的单相整流桥及直流限流电抗器L1组成的，L1并联在单相整流桥的直流输出。Vs为交流电源，R为负载电阻。旁路电感L3既可以如图5所示显式地加入，也可以通过耦合变压器结构的合理设计而取得。
例4如图6所示，为三个单相具有旁路电感的带有耦合变压器的短路故障限流器应用于三相不接地系统的实例。三个单相具有旁路电感的带有耦合变压器的短路故障限流器结构完全同例3。旁路电感L3并联在耦合变压器TR1的原边，耦合变压器副边并联在原有单相短路故障限流器的整流桥的交流输入端。Va、Vb、Vc分别为a、b、c三相电源，R为负载电阻。具有旁路电感的单相带有耦合变压器的短路故障限流器分别串联在a、b、c各相的电源和负载之间。对于三相接地系统来说，只须分别将交流电源的中性点和负载中性点接地。旁路电感L3既可以如图5所示显式地加入，也可以通过耦合变压器结构的合理设计而取得。
例5如图7所示，为基于专利技术(专利号ZL00206596.7)三相接地系统具有旁路电感的单直流电抗器短路故障限流器，由晶闸管T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、直流电抗器L4、旁路电感L5组成。晶闸管T3、T4、T5、T6、T7、T8组成标准三相全控整流桥，直流电抗器L4并联在三相全控整流桥的直流侧，晶闸管T9的阴极接整流桥直流输出的正极，晶闸管T10的阳极接整流桥直流输出的负极，晶闸管T9的阳极、晶闸管T10的阴极和地接在一起。三个旁路电感L5的一端和地接在一起，另一端分别接在三相整流桥的a相、b相、c相交流输入端。a、b、c三相交流电源(或三相电源变压器的副边)的一端分别接三相整流桥的a、b、c三相交流输入端，另一端分别接a、b、c三相负载电阻R。
例6如图8所示，为基于专利技术(专利号ZL00206596.7)三相接地系统具有旁路电感的带有耦合变压器的单直流电抗器短路故障限流器，由晶闸管T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、直流电抗器L4、三个耦合变压器TR2、三个旁路电感L6等组成。晶闸管T3、T4、T5、T6、T7、T8组成标准三相全控整流桥，直流电抗器L4并联在三相全控整流桥的直流侧，晶闸管T9的阴极接整流桥直流输出的正极，晶闸管T10的阳极接整流桥直流输出的负极，晶闸管T9的阳极、晶闸管T10的阴极接在一起。三个旁路电感L6分别和三个耦合变压器TR2的原边并联。三个耦合变压器TR2的原边的一端分别接a相、b相、c相电源，另一端分别接a相、b相、c相负载电阻R的一端。负载电阻R的另一端和三相电源Va、Vb、Vc的另一端接地。三个耦合变压器TR2副边对应于原边接电源端的同名端分别接三相整流桥的a、b、c三相交流输入端。三个耦合变压器TR2副边对应于原边接负载端的同名端接在一起，然后连接到晶闸管T9的阳极、晶闸管T10的阴极。旁路电感L6既可以如图8所示显式地加入，也可以通过耦合变压器结构的合理设计而取得。
例7如图9所示，为基于专利技术(专利号ZL00206596.7)三相不接地系统具有旁路电感的单直流电抗器短路故障限流器，由晶闸管T11、T12、T13、T14、T15、T16、直流电抗器L7、旁路电感L8等组成。晶闸管T11、T12、T13、T14、T15、T16组成标准三相全控整流桥，直流电抗器L7并联在三相全控整流桥的直流输出侧，三个旁路电感L8的一端接在一起，另一端分别接在三相整流桥的a相、b相、c相交流输入端。a、b、c三相交流电源的一端分别接三相整流桥的a、b、c三相交流输入端，另一端分别接a、b、c三相负载电阻R，三个负载电阻R为三角形接法，也可以采用星形接法。
例8如图10所示，为基于专利技术(专利号ZL00206596.7)三相不接地系统具有旁路电感的带有耦合变压器的单直流电抗器短路故障限流器，由晶闸管T11、T12、T13、T14、T15、T16、直流电抗器L7、耦合变压器TR3、旁路电感L9等组成。晶闸管T11、T12、T13、T14、T15、T16组成标准三相全控整流桥，直流电抗器L7并联在三相全控整流桥的直流输出侧。三个旁路电感L9分别和三个耦合变压器TR3的原边并联。三个耦合变压器TR3原边的一端分别接a相、b相、c相电源，另一端分别接a相、b相、c相负载的一端。三个耦合变压器TR3副边对应于原边接电源端的同名端分别接三相整流桥的a、b、c三相交流输入端。三个耦合变压器TR3副边对应于原边接负载端的同名端接在一起。
例9如图11所示，为具有旁路电感的超导电阻(或PTC电阻)短路故障限流器，由原有超导电阻(或PTC电阻)短路故障限流器Rt和旁路电感L10组成，旁路电感并联在原有超导电阻(或PTC电阻)短路故障限流器的两端。
例10如图12所示，为具有旁路电感的超导电感短路故障限流器，由原有超导电感短路故障限流器Lt和旁路电感L11组成，旁路电感并联在原有超导电感短路故障限流器的两端。
例11如图13所示，为三相不接地系统具有旁路电感的超导直流电抗器短路故障限流器，由二极管D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、开关S1、超导直流电抗器Lc、旁路电感L12等组成。二极管D3、D4、D5、D6、D7、D8组成标准三相整流桥，直流超导电抗器Lc和续流二极管D9并联，D9的阳极接三相整流桥的直流输出负极，D9的阴极接在开关S1的一端，开关S1的另一端接三相整流桥的直流输出正极。三个旁路电感L12的一端接在一起，另一端分别接在三相整流桥的a相、b相、c相交流输入端。a、b、c三相交流电源的一端分别接三相整流桥的a、b、c三相交流输入端，另一端分别接a、b、c三相负载电阻R，三个负载电阻R为三角形接法，也可以采用星形接法。
例12如图14所示，为三相不接地系统具有旁路电感的带有耦合变压器的超导直流电抗器短路故障限流器，二极管D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、开关S1、超导直流电抗器Lc、耦合变压器TR4、旁路电感L13等组成。二极管D3、D4、D5、D6、D7、D8组成标准三相整流桥，直流超导电抗器Lc和续流二极管D9并联，D9的阳极接三相整流桥的直流输出负极，D9的阴极接在开关S1的一端，开关S1的另一端接三相整流桥的直流输出正极。旁路电感L13和耦合变压器TR4的原边并联。三个耦合变压器TR4原边的一端分别接a相、b相、c相电源，另一端分别接a相、b相、c相负载的一端。三个耦合变压器TR4副边对应于原边接电源端的同名端分别接三相整流桥的a、b、c三相交流输入端。三个耦合变压器TR3副边对应于原边接负载端的同名端接在一起。旁路电感既可以如图14所示显式地加入，也可以通过耦合变压器结构的合理设计而取得。
例13如图15所示，为三相接地系统具有旁路电感的超导直流电抗器短路故障限流器，由二极管D10、D11、D12、D13、D14、D15、D16、D17、D18、超导直流电抗器Lc1、开关S2、三个旁路电感L14等组成。二极管D10、D11、D12、D13、D14、D15组成标准三相整流桥。直流超导电抗器Lc1和续流二极管D18并联，D18的阳极接三相整流桥的直流输出负极，D18的阴极接在开关S2的一端，开关S2的另一端接三相整流桥的直流输出正极。二极管D16的阴极接整流桥输出的正极，二极管D17的阳极接整流桥输出的负极，二极管D16的阳极、二极管D17的阴极和地接在一起。三个旁路电感L14的一端和地接在一起，另一端分别接在三相整流桥的a相、b相、c相交流输入端。a、b、c三相交流电源(或三相电源变压器的副边)的一端分别接三相整流桥的a、b、c三相交流输入端，另一端分别接a、b、c三相负载电阻R。
例14如图16所示，为三相接地系统具有旁路电感的带有耦合变压器的超导直流电抗器短路故障限流器，由二极管D10、D11、D12、D13、D14、D15、D16、D17、D18、超导直流电抗器Lc1、三个耦合变压器TR5、三个旁路电感L15等组成。二极管D10、D11、D12、D13、D14、D15组成标准三相整流桥。直流超导电抗器Lc1和续流二极管D18并联，D18的阳极接三相整流桥的直流输出负极，D18的阴极接在开关S2的一端，开关S2的另一端接三相整流桥的直流输出正极。二极管D16的阴极接整流桥输出的正极，二极管D17的阳极接整流桥输出的负极，二极管D16的阳极、二极管D17的阴极接在一起。三个旁路电感L15分别和三个耦合变压器TR5的原边并联。三个耦合变压器TR5的原边的一端分别接a相、b相、c相电源，另一端分别接a相、b相、c相负载电阻R的一端。负载电阻R的另一端和三相电源Va、Vb、Vc的另一端接地。三个耦合变压器TR5副边对应于原边接电源端的同名端分别接三相整流桥的a、b、c三相交流输入端。三个耦合变压器TR5副边对应于原边接负载端的同名端接在一起，然后连接到二极管D16的阳极、二极管D17的阴极。旁路电感L15既可以如图16所示显式地加入，也可以通过耦合变压器结构的合理设计而取得。
权利要求1.具有旁路电感的短路故障限流器，包括短路故障限流器，其特征是在短路故障限流器的两端并联旁路电感。
2.按权利要求1所述的限流器，其特征是将旁路电感(L2)并联在单相短路故障限流器的单相整流桥的两交流端，构成单相具有旁路电感的短路故障限流器；将(a)、(b)、(c)三相的单相具有旁路电感的短路故障限流器可分别串联在(a)、(b)、(c)各相的电源和负载之间；对于三相接地系统，可分别将交流电源的中性点和负载中性点接地。
3.按权利要求1所述的限流器，其特征是将旁路电感(L3)并联在耦合变压器(TR1)的原边，付边并联在单相短路故障限流器的整流桥的交流端，旁路电感也可隐含在耦合变压器的结构中，构成单相带有耦合变压器的具有旁路电感的短路故障限流器；可将三个具有旁路电感的单相带有耦合变压器的短路故障限流器分别串联在(a)、(b)、(c)三相中各相的电源和负载之间；对三相接地系统，只须分别将交流电源的中性点和负载中性点接地。
4.按权利要求1所述的限流器，其特征是由晶闸管(T3)、(T4)、(T5)、(T6)、(T7)、(T8)、(T9)、(T10)、直流电抗器(T4)和旁路电感(T5)组成三相接地系统具有旁路电感的单直流电抗器短路故障限流器，三个旁路电感(T5)的一端和地接在一起，另一端分别接在三相整流桥的(a)相、(b)相、(c)的交流端。
5.按权利要求1所述的限流器，其特征是由晶闸管(T3)、(T4)、(T5)、(T6)、(T7)、(T8)、(T9)、(T10)、直流电抗器(T4)、三耦合变压器(TR2)、三旁路电感(L6)组在怙相接地系具有旁路电感的带有耦合变压器的单直流电抗器短路故障限流器，三个旁路电感(L6)分别和三个耦合变压器(TR2)原边并联。
6.按权利要求1所述的限流器，其特征是由晶闸管(T11)、(T12)、(T13)、(T14)、(T15)、(T16)、直流电抗器(L7)、旁路电感(L8)组成三相不接地系统具有旁路电感的单直流电抗器短路故障限流器，三个旁路电感(L8)的一端接在一起，另一端分别接在三相整流桥的(a)、(b)、(c)三相的交流端。
7.按权利要求1所述的限流器，其特征是由晶闸管(T11)、(T12)、(T13)、(T14)、(T15)、(T16)、直流电抗器(L7)、耦合变压器(TR3)和旁路电感(L9)组成三相不接地系统具有旁路电感的带有耦合变压器的单直流电抗器短路故障限流器，三个旁路电感(L9)分别和三个耦合变压器(TR3)的原边并联。
8.按权利要求1所述的限流器，其特点是由超导电阻或PTC电阻短路故障限流器(Rt)的两端并联旁路电感(L10)组成具有旁路电感的超导电阻或PTC电阻短路故障限流器。
9.按权利要求1所述的限流器，其特征是由超导电感短路故障限流器(Lt)两端并联旁路电感(L11)，组成具有旁路电感短路故障限流器。
10.按权利要求1所述的限流器，其特征是由二极管(D3)、(D4)(D5)、(D6)、(D7)、(D8)、(D9)、开关(S1)、超导直流电抗器(LC)和旁路电感(L12)组成三相不接地系统具有旁路电感的超导直流电抗器短路故障限流器，三个旁路电感(L12)的一端接在一起，另一端分别接在三相整流桥的(a)、(b)、(c)各相交流端。
11.按权利要求1所述的限流器，其特征是由二极管(D3)、(D4)(D5)、(D6)、(D7)、(D8)、(D9)、开关(S1)、超导直流电抗器(LC)、耦合变压器(TR4)和旁路电感(L13)组成三相不接地系统具有旁路电感的带有耦合变压器的超导直流电抗器短路故障限流器，三个旁路电感(L13)分别和三个耦合变压器(TR4)的原边并联。
12.按权利要求1所述的限流器，其特征是由二极管(D10)、(D11)、(D12)、(D13)、(D14)、(D15)、(D16)、(D17)、(D18)、超导直流电抗器(LC1)、开关(S2)、旁路电感(L14)组成三相接地系统具有旁路电感的超导直流电抗器短路故障限流器，三个旁路电感(L14)的一端和地接在一起，另一端分别接在三相整流桥的(a)、(b)、(c)各相的交流端。
13.按权利要求1所述的限流器，其特征是由二极管(D10)、(D11)、(D12)、(D13)、(D14)、(D15)、(D16)、(D17)、(D18)、超导直流电抗器LC1、耦合变压器(TR5)和旁路电感(L15)组成三相接地系统具有旁路电感的带有耦合变压器的超导直流电抗器短路故障限流器，三个旁路电感(L15)和耦合变压器(TR5)的原边并联。
专利摘要具有旁路电感的短路故障限流器，在保留现有短路故障限流器特性，减小其体积和重量，降低成本。技术方案是在短路故障限流器的两端并联旁路电感。现有短路故障限流器包括单相或三相短路故障限流器、单相或三相带有耦合变压器的短路故障限流器、三相接地及不接地系统单直流电抗器或带有耦合变压器的短路故障限流器、超导电阻或PTC电阻或电感短路故障限流器、三相不接地系统超导直流电抗器或带有耦合变压器的短路故障限流器、三相接地系统超导直流电抗器或带耦合变压器的短路故障限流器。并联旁路电感后，可制成各种具有旁路电感的短路故障限流器适用于对电力系统短路故障电流及其上升率的限制，以及满足各种短路保护时限配合的要求。
文档编号H02H3/08GK2560142SQ02265208
公开日2003年7月9日 申请日期2002年6月27日 优先权日2002年6月27日
发明者吕征宇, 江道灼, 吴兆麟 申请人:浙江大学