CN105356434A - 一种新型桥式固态故障电流限制器及其使用方法 - Google Patents
一种新型桥式固态故障电流限制器及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种新型桥式固态故障电流限制器及其使用方法,该新型桥式固态故障电流限制器包括单相整流桥单元、限流单元和断路单元;其中,所述单相整流桥单元包括晶闸管阀T和二极管D;所述限流单元两端与单相整流桥单元连接,其中一端位于单相整流桥单元的晶闸管阀T1的阴极和二极管D1的阴极之间,另一端位于单相整流桥单元的晶闸管T4的阳极与二极管D2的阳极之间,两单元共同构成单相故障电流限制器,所述断路单元与所述单相故障电流限制器并联;本发明在电力***出现短路故障问题时,可自动快速接入***,有效的限制短路电流的第一个峰值,起到限流作用,降低对故障识别的要求,而且整体结构简单,成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种故障电流限制器,具体讲涉及一种新型桥式固态故障电流限制器。
背景技术
由于电力***的迅速发展,发电机单机容量、发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心的负荷密度持续增加,***之间的互联程度加深,导致了各级电网短路电流水平增加这一新的问题。负荷中心大电源的投入进一步加快了电力***短路水平的增长,***中部分地区的短路电流已经达到甚至超过了断路器遮断容量,而且上升趋势越来越快,已经严重威胁到电力***的安全运行。
目前,国内外限制短路电流分为***级措施和装置级措施。***级措施是从网架结构、运行方式等角度抑制短路电流水平,但其改变电网结构及运行方式,往往降低了电网的安全性、可靠性和经济性;装置级的措施主要有:高阻抗变压器、串联电抗器、高阻抗发电机以及故障电流限制器(FaultCurrentLimiter,FCL)等。其中,故障电流限制器是一种***正常运行时不对***运行产生影响或影响很小,故障时又能迅速将故障电流限制在合理范围之内的主动限流装置,具有广阔的研究和应用前景。
针对故障电流限制器,国内外很多大学、科研机构和科技公司都提出了多种不同的结构。目前现有技术主要有限流电抗器、高压限流熔断器、谐振型故障电流限制器、串联补偿装置(兼有限流功能)等,如申请号为“201420805025.4”,名称为“一种串联谐振型故障电流限制器”的实用新型专利,提供一种串联谐振型故障电流限制器,包括电抗器L、电容器组C、金属氧化物避雷器MOV、真空触发开关TVS、快速旁路开关K、第一触发电路、第二触发电路和触发控制器;电容器组C两端依次并联金属氧化物避雷器MOV、真空触发开关TVS和快速旁路开关K后与电抗器L串联;真空触发开关TVS与第一触发电路相连,快速旁路开关K与第二触发电路相连,触发控制器包括与电容器组C相连的输入、以及分别与第一触发电路和第二触发电路相连的输出。该专利申请虽然显著减小了限流器的结构、体积和重量,缩短了限流电抗器的投入时间,但是在电力***出现故障时,仍不能自动快速接入***起到限流作用。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足,本发明提供一种新型桥式固态故障电流限制器。
本发明提供的一种新型桥式固态故障电流限制器,包括单相整流桥单元、限流单元和断路单元;其改进之处在于,所述的单相整流桥单元包括晶闸管阀T和二极管D;
所述限流单元两端与单相整流桥单元连接,其中一端位于单相整流桥单元的晶闸管阀T1的阴极和二极管D1的阴极之间,另一端位于单相整流桥单元的晶闸管T4的阳极与二极管D2的阳极之间,两单元共同构成单相故障电流限制器,所述的断路单元与所述的单相故障电流限制器并联。
优选的,所述的单相整流桥单元包括晶闸管阀T1、T2、T3、T4和二极管D1、D2;
所述晶闸管阀T1的阴极和所述二极管D1的阴极连接,所述二极管D1的阳极与所述晶闸管阀T4的阴极连接,所述晶闸管T4的阳极与所述二极管D2的阳极连接,所述二极管D2的阴极与所述晶闸管T1的阳极连接;
所述二极管D1、D2两端分别反向并联所述晶闸管阀T2和T3。
优选的,所述限流单元包括限流电抗器L。
优选的,所述断路单元包括旁路断路器K。
优选的,所述断路单元通过变压器与单相故障电流限制器连接;所述断路单元与所述变压器并联;所述变压器与单相故障电流限制器并联。
优选的,所述固态故障电流限制器的实现过程包括启动阶段、正常运行阶段、限流阶段和重投阶段;
所述启动阶段是指,故障电流限制器启动并进入正常运行状态之前,且旁路断路器K处于合闸状态的阶段;
所述正常运行阶段是指,故障电流限制器处于整流桥模式,限流电抗器不投入工作的阶段;
所述限流阶段是指***发生短路故障时,故障电流限制器投入工作,限流电抗器限制短路电流的阶段;
所述重投阶段是指,故障消除,***进入正常运行阶段。
优选的,所述启动阶段步骤如下:
1)持续给晶闸阀T1和T4导通信号;
2)令K分闸,整流桥进入正常运行状态;
3)***电流将通过整流回路为限流电抗器L充磁。
优选的,所述正常运行阶段是指晶闸管阀T1和T4导通信号常加,限流电抗器L中的电流近似为直流电流。
优选的,所述限流阶段包括***发生短路故障时和检测到***短路故障后;
所述***发生短路故障时,所述晶闸管阀T1和T4与所述二极管D1和D2交替导通,所述限流电抗器L迅速接入***并开始限制故障电流;
所述检测到***短路故障后,迅速撤掉所述晶闸管阀T1、T4的触发信号,电压当反向时,所述晶闸管阀T1和T4关断,触发导通晶闸管阀T2和T3,限流电抗器L完全接入***。
优选的,所述重投阶段是指,当故障结束,故障限流器收到***重投信号后,立即撤掉晶闸管阀T2和T3导通信号,当其反向截止时,立即触发导通晶闸管阀T1和T4,故障限流器恢复正常运行状态。
本发明与现有技术相比,优益效果为:
1)电力***正常工作时,对电力***潮流基本无影响;
2)电力***出现短路故障后,可自动快速接入***起到限流作用,降低对故障识别的要求;
3)可以限制短路电流的第一峰值;
4)避免采用复杂的全控器件,可靠性高;
5)整体结构简单,成本低;
6)晶闸管阀T2和T3与二极管D1和D2的反向并联结构,在电力***故障时,此结构可将限流电抗器L完全串联接入***,避免传统的桥式电路需附加额外的限流支路的问题。
附图说明
图1为现有技术示意图;
图2为本发明的新型桥式固态故障电流限制器电路原理图;
图3为本发明应用于高压或超高压电力***的新型桥式固态故障电流限制器的电路原理图;
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合说明书附图对本发明的内容做进一步的说明。
一种新型桥式固态故障电流限制器,其应用于非高压电力***故障时的电路原理图,如图2所示,该故障电流限制器由单相整流桥单元、限流单元和断路单元构成;单相整流桥单元包括晶闸管阀T和二极管D;
限流单元两端与单相整流桥单元连接,其中一端位于单相整流桥单元的晶闸管阀T1的阴极和二极管D1的阴极之间,另一端位于单相整流桥单元的晶闸管T4的阳极与二极管D2的阳极之间,两单元共同构成单相故障电流限制器,所述断路单元与所述单相故障电流限制器并联。
其中的单相整流桥单元包括晶闸管阀T1、T2、T3、T4和二极管D1、D2;
晶闸管阀T1的阴极和二极管D1的阴极连接,二极管D1的阳极与晶闸管阀T4的阴极连接,晶闸管T4的阳极与二极管D2的阳极连接,二极管D2的阴极与晶闸管T1的阳极连接;
二极管D1、D2两端分别反向并联所述的晶闸管阀T2和T3,反向并联的晶闸管阀T2和T3起到触发控制作用,控制晶闸管阀支路的通断,进而控制限流电抗器工作于正常或限流状态。
其中的限流单元包括限流电抗器L。
断路单元包括旁路断路器K,设置旁路断路器K,用于实现对装置检修、启动、退出;断路单元并联在所述的单相故障电流限制器的两侧。
固态故障电流限制器的实现过程包括启动阶段、正常运行阶段、限流阶段和重投阶段:
启动阶段是指,故障电流限制器启动并进入正常运行状态之前,且旁路断路器K处于合闸状态的阶段。启动过程中,首先持续给晶闸管阀T1和T4导通信号,进而令K分闸,整流桥在暂态过程之后进入正常运行状态,***电流将通过整流回路为限流电抗L充磁。此时,晶闸管阀T1与T4处于导通状态,晶闸管阀T2和T3处于断开状态,二极管桥路始终导通,流经限流电抗器的电流等于***的稳态电流峰值。
正常运行阶段是指,故障电流限制器不投入工作的阶段。***正常运行时,晶闸管阀T1和T4导通信号常加。若不考虑电抗和晶闸管的有功损耗,限流电抗器L中流过近似直流的电流。此时,各桥臂一直处于导通状态,限流电抗器L不起作用,不产生无功压降,因此对电力***无影响。
限流阶段是指***发生短路故障时,故障电流限制器投入工作的阶段。当***发生短路故障时,短路电流峰值远远超过***稳态运行电流,晶闸管阀T1和T4与二极管D1和D2将交替导通,限流电抗器L迅速接入***并开始限流。当检测到***短路故障后,迅速撤掉晶闸管阀T1、T4的触发信号,晶闸管阀T1和T4将在电压反向时关断,之后立即触发导通晶闸管阀T2和T3,限流电抗器L完全接入***,故障电流将持续被限流电抗器L所抑制。
重投阶段是指,故障消除,***进入正常运行阶段。当故障结束,故障限流器收到***重投信号后,立即撤掉晶闸管阀T2和T3导通信号,当其反向截止时,触发导通晶闸管阀T1和T4,故障限流器恢复正常运行状态。
当该新型桥式固态故障电流限制器应用于高压和超高压电力***故障时,其电路原理图如图3所示,其相较于图2应用于非高压电力***故障的电路原理图的改进之处在于,断路单元通过变压器与单相故障电流限制器连接,断路单元与变压器并联,变压器与单相故障电流限制器并联,在高压或超高压电力***中,采用降压变压器耦合,用以降低故障电流限制器中电力电子器件的电压定值,从而降低限流器成本。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种新型桥式固态故障电流限制器,其特征在于,所述的新型桥式固态故障电流限制器包括单相整流桥单元、限流单元和断路单元;
所述单相整流桥单元包括晶闸管阀T和二极管D;
所述限流单元两端与单相整流桥单元连接,其中一端位于单相整流桥单元的晶闸管阀T1的阴极和二极管D1的阴极之间,另一端位于单相整流桥单元的晶闸管T4的阳极与二极管D2的阳极之间,两单元共同构成单相故障电流限制器;
所述断路单元与所述的单相故障电流限制器并联。
2.如权利要求1所述的新型桥式固态故障电流限制器,其特征在于,所述单相整流桥单元包括晶闸管阀T1、T2、T3、T4和二极管D1、D2;
所述晶闸管阀T1的阴极和所述二极管D1的阴极连接,所述二极管D1的阳极与所述晶闸管阀T4的阴极连接,所述晶闸管T4的阳极与所述二极管D2的阳极连接,所述二极管D2的阴极与所述晶闸管T1的阳极连接;
所述二极管D1、D2两端分别反向并联所述晶闸管阀T2和T3。
3.如权利要求1所述的新型桥式固态故障电流限制器,其特征在于,所述限流单元包括限流电抗器L。
4.如权利要求1所述的新型桥式固态故障电流限制器,其特征在于,所述断路单元包括旁路断路器K。
5.如权利要求1所述的新型桥式固态故障电流限制器,其特征在于,所述断路单元通过变压器与单相故障电流限制器连接;
所述断路单元与所述变压器并联;所述变压器与单相故障电流限制器并联。
6.应用于权利要求1所述的新型桥式固态故障电流限制器的方法,其特征在于,所述固态故障电流限制器的实现过程包括启动阶段、正常运行阶段、限流阶段和重投阶段;
所述启动阶段是指,故障电流限制器启动并进入正常运行状态之前,此时旁路断路器K处于合闸状态;
所述正常运行阶段是指,故障电流限制器不投入限流工作的阶段;
所述限流阶段是指***发生短路故障时,故障电流限制器投入限流工作的阶段;
所述重投阶段是指故障消除,***再次进入正常运行阶段。
7.如权利要求6所述的新型桥式固态故障电流限制器,其特征在于,所述启动阶段步骤如下:
1)持续给晶闸阀T1和T4导通信号;
2)令K分闸,整流桥进入正常运行状态;
3)***电流将通过整流回路为限流电抗器L充磁。
8.如权利要求6所述的新型桥式固态故障电流限制器,其特征在于,所述正常运行阶段是指晶闸管阀T1和T4导通信号常加,限流电抗器L不产生无功压降。
9.如权利要求6所述的新型桥式固态故障电流限制器,其特征在于,所述限流阶段包括***发生短路故障时和检测到***短路故障后;
所述***发生短路故障时,所述晶闸管阀T1和T4与所述二极管D1和D2交替导通,所述限流电抗器L迅速接入***并开始限流;
所述限流器检测到***短路故障后,迅速撤掉所述晶闸管阀T1、T4的触发信号,当电压反向截止时,所述晶闸管阀T1和T4关断,立即触发导通晶闸管阀T2和T3,所述限流电抗器L完全接入***。
10.如权利要求6所述的新型桥式固态故障电流限制器,其特征在于,所述重投阶段是指故障限流器收到***重投信号后,立即撤掉晶闸管阀T2和T3导通信号,当其反向截止时,立即触发导通晶闸管阀T1和T4,故障限流器恢复正常运行状态。
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