CN111431154A - 磁控谐振试验变压器限流保护装置 - Google Patents

磁控谐振试验变压器限流保护装置 Download PDF

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CN111431154A
CN111431154A CN202010158015.6A CN202010158015A CN111431154A CN 111431154 A CN111431154 A CN 111431154A CN 202010158015 A CN202010158015 A CN 202010158015A CN 111431154 A CN111431154 A CN 111431154A
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王言
陆春玉
潘志城
杨明臻
陈柏超
陈博
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Abstract

本发明公开了一种磁控谐振试验变压器限流保护装置，包括三柱式铁心结构，三柱式铁心结构包括中间的铁心III、两侧的铁心I和铁心II；铁心I和铁心II均分别对称地绕有2个匝数为N的绕组，各绕组绕向相同，且交直流共用同一绕组；铁心I和铁心II上半两个绕组首端相连引出作为输入一端，下半两个绕组末端相连，中间部分交叉连接；铁心II的2个绕组间接入直流偏置电源和限流电感，作为直流偏置回路。本发明在设备正常试验过程中，呈现低阻抗，不影响正常的试验，一旦被试品发生闪络击穿，绕组短路，则迅速呈现出高阻抗，从而大幅度限制短路电流。

Description

磁控谐振试验变压器限流保护装置
技术领域
本发明涉及试验变压器限流保护，具体涉及一种磁控谐振试验变压器限流保护装置。
背景技术
在工频耐压试验中，采用磁控谐振试验变压器可以大大减小对试验电源容量的要求。但是，在应用磁控谐振试验变压器做工频耐压试验时，如果被试品发生闪络击穿，则磁控谐振试验变压器的输出端被短路，使得变压器和电源经受很大的短路冲击电流，不仅会对磁控谐振试验变压器本身造成损坏，而且可能会进一步使得被试品故障扩大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于磁饱和原理的磁控谐振试验变压器限流保护装置，以达到试品发生闪络击穿时大幅度限制短路电流并降低该装置工作电流和容量的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种磁控谐振试验变压器限流保护装置，包括三柱式铁心结构和直流偏置回路；三柱式铁心结构包括中间的铁心III、两侧的铁心I和铁心II；铁心I和铁心II均分别对称地绕有2 个匝数为N的绕组，各绕组绕向相同，且交直流共用同一绕组；铁心I和铁心II上半段的两个绕组的上端相连并引出作为输入一端，下半段的两个绕组的下端相连并引出作为输出一端；铁心I上半段的绕组的下端与铁心II下半段的绕组的上端相连，铁心II上半段的绕组的下端与铁心I下半段的绕组的上端相连；直流偏置回路包括串接的限流电感L0和直流偏置电源Ed，其一端与铁心II上半段的绕组的下端相连，另一端与铁心II下半段的绕组的上端相连。
作为本发明的一种改进，所述的铁心III绕有1个匝数为N的绕组；铁心II上半段的绕组的下端相连与铁心III的绕组的上端相连，铁心I上半段的绕组的下端与铁心III的绕组的下端相连；直流偏置回路的一端与铁心III的绕组的上端相连，另一端与铁心III的绕组的下端相连。
作为本发明的一种改进，所述的直流偏置回路还包括串接在限流电感L0和直流偏置电源 Ed之间的限流电阻R0。
所述的限流保护装置具有正常运行时和故障运行时两种状态，当***正常运行时，限流保护装置的阻抗较小，对***的正常运行影响较小；当***发生短路故障时，将有效限制***的短路电流。
进一步地，所述的限流保护装置的限流机理主要与铁心I和II的状态有关；根据两个铁心饱和程度的关系可以划分为三个工作区，分别为饱和重叠区、饱和交替区和不饱和重叠区。
进一步地，所述的饱和重叠区主要存在于当***正常运行时和当***发生短路故障限流保护装置未动作时；所述的饱和交替区存在于其中一个铁心深度饱和，另一个铁心退出饱和时；所述的不饱和重叠区存在于两个铁心退出饱和时。
进一步地，在限流保护装置的限流过程中，所述的饱和交替区一直存在，在限流过程中起主要的限流作用，所述的不饱和重叠区将增强限流保护装置的限流效果，影响因素为饱和重叠区和不饱和重叠区时间的长短。
本发明的有益效果是：
1、本发明在设备正常试验过程中，呈现低阻抗，不影响正常的试验；一旦被试品发生闪络击穿，绕组短路，则迅速呈现出高阻抗，从而大幅度限制短路电流。
2、试验过程中，由于磁控谐振变压器的无功补偿特性，使得电源电流很小，因此，本发明的工作电流及容量很小。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种磁控谐振试验变压器限流保护装置的结构原理图。
图2是本发明实施例的一种磁控谐振试验变压器限流保护装置与磁控谐振变压器接线图。
图3是正常运行时交直流通路示意图。
图4是故障运行时短路电流通路示意图。
图5是正常运行时等效磁路模型示意图。
图6是故障运行时等效磁路模型示意图。
图7是饱和重叠区时的短路电流和铁心磁通变化示意图。
图8是不饱和重叠区时的短路电流和铁心磁通变化示意图。
图9是限流保护装置回路电流模型示意图。
图10是30Q140磁化特性曲线图。
图11是仅存在饱和重叠区时限流保护装置的电压电流波形示意图。
图12是仅存在饱和重叠区时铁心I和II的磁感应强度示意图。
图13是仅存在饱和重叠区时仿真和理论计算结果比较示意图。
图14是存在不饱和重叠区时限流保护装置BSFCL的电压电流波形示意图。
图15是存在不饱和重叠区时铁心I和II的磁感应强度示意图。
图16是不同工作区时铁心磁感应强度分布图。
图17是存在不饱和重叠区时仿真和理论计算结果比较示意图。
图18是临界偏置电流时的仿真结果示意图。
图19是本发明实施例提供的另一种磁控谐振试验变压器限流保护装置的结构原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明
如图1所示，本实施例的一种磁控谐振试验变压器限流保护装置，包括三柱式铁心结构。三柱式铁心结构两侧的铁心I和铁心II为主铁心，铁心III为中间铁心。铁心I和铁心II均分别对称地绕有2个匝数为N的绕组，各绕组绕向相同，且交直流共用同一绕组。四个绕组连接采用特殊的桥式结构，其中铁心I、II上半段的两个绕组首端ab相连引出作为输入一端，下半段的两绕组末端gh相连引出作为输出一端，中间部分cd、ef交叉连接，然后在df间接入直流偏置电源Ed、限流电阻R0和限流电感L0，作为直流偏置回路。直流偏置电源Ed由全桥整流电源提供。本装置与磁控谐振变压器的接线图如图2所示。
作为本发明的一种改进，如图19所示，在铁心II绕组df端接入直流偏置回路之前，增加1个匝数为N的绕组，并将该绕组绕于中间的铁心III柱上，两端分别标注为D1、D2，用于接入直流偏置回路，如此，可使得直流偏置回路自身产生的电流能够同时作用于3个铁心上。该设计能够更为充分利用直流偏置回路绕组所产生的直流磁场，增强了铁心中的磁场，使得铁心饱和状态所需的电流更低，增强了电流利用率从而降低了损耗。
本申请的限流保护装置主要分为正常运行时和故障运行时两种状态，下面将分别对这两种状态进行详细说明：
图3是正常运行时交直流通路示意图。当***正常运行时，以正常负荷电流正半周期为例，***直流偏置电源Ed产生直流偏置电流Id，分别通过回路id1和id2在绕组中流通，而交流电流也通过回路i1和i2流通。当铁心I和II上绕组参数完全对称时，i1＝i2＝i/2，id1＝id2＝Id/2。而从流通方向看，流过铁心I上两绕组的交流和直流方向相同，而流过铁心II上两绕组的交流和直流方向相反。因此调整直流偏置电流大小，使得正常负荷电流产生的最大交流磁动势不足以抵消直流偏置电流产生的直流磁动势，将使得铁心I和II处于深度饱和状态。此时由于对称性，交流电流将不会流经限流电感L0。在正常负荷电流负半周期时与正半周期分析类似，直流偏置电流将使得铁心I和II同时处于深度饱和状态。由于铁心饱和时的磁导率近似等于空气磁导率μ0，因此，当***正常运行时，限流保护装置的正常阻抗较小，对***的正常运行影响较小。
图4是故障运行时短路电流通路示意图。当发生短路故障时，在短路电流正半周期，由于铁心I上的交流磁动势与直流磁动势同方向，铁心I仍深度饱和，而铁心II由于较大的短路电流产生的交流磁动势足以抵消直流磁动势将退出饱和，退出饱和后的铁心II上的两个绕组阻抗较大，因此短路电流将无法通过，此时短路电流从a-c-f-L0-d-e-g回路流通。同理，在短路电流负半周期，铁心I将退出饱和，铁心II深度饱和，短路电流从b-d-L0-f-h回路流通。因此，在短路电流的一个工频周期内，铁心I、II将交替退出饱和，限流电感L0被自动接入***中，从而有效限制了***短路电流。
图5是正常运行时等效磁路模型示意图。根据上述理论分析，建立***正常运行时限流保护装置的等效磁路模型。为了简化分析，假设铁心的BH曲线为双折线模型。当铁心饱和时，铁心的磁导率为μs，当铁心退出饱和时，铁心的磁导率为μu。流过铁心I、II和III的磁通分别为φ1，φ2和φ3。铁心I、II、III以及铁心旁轭的磁阻分别为re1，re2和ru3和rp。
假设正常负荷电流处于正半周期，由回路电流法，可得：
Figure RE-GDA0002508412430000041
其中，He1为铁心I的磁场强度，He2为铁心II的磁场强度，le为铁心I的等效磁路长度。 Iac为流过限流保护装置的正常负荷电流，Id为直流偏置电流。
由于当***正常运行时，铁心I和II均处于深度饱和状态，此时He1＝He2＝He，
Figure RE-GDA0002508412430000042
因此，由式(1)可得，分别流过3个铁心的磁通为：
Figure RE-GDA0002508412430000043
通过式(2)可看出，当***正常运行时，直流磁通主要流经铁心I和II，使得铁心I和II达到深度饱和。而交流磁通则主要流过铁心III，但由于正常负荷电流较小，因此交流磁通较小，如图4(b)所示。
分别将φ1和φ2对时间t求导，可得：
Figure RE-GDA0002508412430000051
另外
Figure RE-GDA0002508412430000052
因此，通过联立式(3)和(4)可求得，当***正常运行时，铁心I上的单绕组电感Ls1为：
Figure RE-GDA0002508412430000053
同样，铁心II上的单绕组电感Ls2为：
Figure RE-GDA0002508412430000054
因此，当***正常运行时，限流保护装置的正常阻抗为：
Figure RE-GDA0002508412430000055
其中，ω为电源角频率。由于rp、ru3相比rs小很多，因此一般可忽略。
当***发生故障时，假设短路电流处于正半周期，此时铁心I饱和，铁心II不饱和，短路电流主要流经铁心I上的绕组和限流电感L0。此时限流保护装置的等效磁路模型如图6所示。
与分析***正常运行时方法类似，应用回路电流法，可得铁心I、II和III的磁通分别为：
Figure RE-GDA0002508412430000056
φ3＝φ1-φ2 (9)
此时，直流磁通和交流磁通在铁心中的流向如图6(b)所示。从图中可以看出，当***发生故障时，由于铁心II退出饱和，当铁心II中的磁通达到最小时，铁心III的磁通将等于铁心I的磁通。
由于当***发生故障时，短路电流主要流经饱和铁心上的两个绕组和限流电感L0。因此限流保护装置的限流阻抗可表示为：
Figure RE-GDA0002508412430000061
由式(10)可看出，限流保护装置的限流阻抗的大小主要取决于限流保护装置正常运行时的阻抗与限流电感L0。
接下来对限流保护装置的限流机理进行分析。本发明的限流保护装置的限流机理主要与铁心I和II的状态有关，而铁心I和II的状态主要分为以下四种状态，如表1所示。其中根据两个铁心饱和程度的关系可以划分为三个工作区，分别为饱和重叠区、饱和交替区和不饱和重叠区。下面将分别对3个工作区进行详细地分析。
表1铁心I和II的状态表
Figure RE-GDA0002508412430000062
首先是饱和重叠区的分析。饱和重叠区主要存在于当***正常运行时和当***发生短路故障限流保护装置未动作时。
当***正常运行时，直流偏置电源Ed产生较大的直流偏置磁动势，使得铁心I、II均深度饱和，限流保护装置处于饱和重叠区，限流保护装置的正常运行阻抗Xnom很小。此时限流保护装置的交直流回路如图3所示。
图7是饱和重叠区时的短路电流和铁心磁通变化示意图。当***发生短路故障时，以短路电流正半周期为例,当短路发生初期，由于直流偏置电流的影响，此时铁心I、II均为饱和状态，磁感应强度大小均为Bs+Bd，铁心临界饱和磁感应强度为Bs，Bd为直流偏置磁感应强度。因此限流保护装置并不会立刻动作，而是要经过一段时间t0，此时铁心II的磁感应强度减小到-Bs，铁心II退出饱和时，限流电感才会被接入***。而当t＝T/2-t0时，短路电流幅值减小到id，此时铁心II的B增大到-Bs,铁心I和II又重新同时饱和。当t＝T/2+t0时，短路电流幅值减小到-id时，铁心I的B下降到Bs，此时铁心I将退出饱和。在短路电流负半周期的分析同理。限流保护装置的阻抗特性如图7(b)所示。
从图中可以看出，在短路发生瞬间到t0时刻，两个铁心均处于深度饱和状态，称为“饱和重叠区”。在T/2-t0～T/2，T-t0～T时刻，铁心I和II又同时处于饱和状态，限流保护装置同样处于饱和重叠区。因此在短路电流一个周期内存在时间为4t0的饱和重叠区。当限流保护装置处于“饱和重叠区”时，两铁心同时饱和，此时限流保护装置的阻抗为正常运行时阻抗Xnom，阻抗较小。
由于当短路电流幅值增大到偏置电流id时，铁心I或铁心II将退出饱和，限流保护装置将退出饱和重叠区。因此饱和重叠区时间的长短与限流保护装置的偏置电流id有关。
然后是饱和交替区的分析。
在t0～T/2-t0时刻，铁心I深度饱和，铁心II退出饱和，此时短路电流流经饱和铁心上的两个绕组和限流电感L0，使得限流保护装置的阻抗迅速增大，从而有效限制短路电流，此时称为“饱和交替区”。当限流保护装置处于饱和交替区时，同一时刻有且仅有一个铁心处于饱和状态。在短路电流负半周期，T/2+t0到T-t0时刻，铁心I退出饱和，而铁心II深度饱和，此时限流保护装置同样处于饱和交替区。
因此，当限流保护装置处于饱和交替区时，限流保护装置的阻抗Xa为：
Xa＝2Xnom+ω·L0 (11)
最后是不饱和重叠区的分析。
图8是不饱和重叠区时的短路电流和铁心磁通变化示意图。当短路电流达到稳态时，直流偏置电流平均值应等于初始直流偏置电流。因此当短路电流过大时，直流偏置电流直流分量会衰减为负值，如图8所示。当短路电流达到稳态时，在0～tu时刻，铁心I、II的磁感应强度均小于Bs，此时铁心I、II均将退出饱和，此时限流保护装置的阻抗增大为限流保护装置的励磁阻抗，称为“不饱和重叠区”。在tu～T/2-tu时刻，铁心I深度饱和，而铁心II退出饱和，限流保护装置处于“饱和交替区”，限流电感L0被接入***。而在T/2-tu～T/2时刻，铁心I 和II均退出饱和。在短路电流负半周期同理。因此当直流偏置电流较小时，在短路电流的一个周期内存在时间为4tu的不饱和重叠区。
由于当限流保护装置处于不饱和重叠区时，铁心I和铁心II均退出饱和，此时限流保护装置的阻抗将增大为限流保护装置的励磁阻抗Xm。
在限流保护装置的限流过程中，由于初始直流偏置电流为正，因此在短路发生初期，存在饱和重叠区。当由于短路电流过大，直流偏置电流直流分量衰减为负值时，将会存在不饱和重叠区。而饱和交替区一直存在，在限流保护装置的限流过程中起主要的限流作用。
当限流保护装置处于饱和重叠区时，由于铁心I、II均处于饱和状态，阻抗较小，因此饱和重叠区将削弱限流保护装置的限流效果。而当限流保护装置处于不饱和重叠区时，铁心 I、II均退出饱和，此时限流保护装置的阻抗为较大的励磁阻抗，因此不饱和重叠区将增强限流保护装置的限流效果。因此，饱和重叠区和不饱和重叠区时间的长短将对限流保护装置的限流效果有很大的影响。
由于饱和重叠区阻抗较小，限流保护装置两端电压会存在电压凹陷。不饱和重叠区阻抗较大，限流保护装置两端电压会存在电压尖峰。因此在限流保护装置限流状态中出现电压凹陷和电压尖峰的主要原因是存在饱和重叠区和不饱和重叠区。
图9是限流保护装置回路电流模型示意图。由于限流保护装置的电路较为复杂，在进行电磁场有限元分析前，需建立其场路耦合模型。本文采用回路电流法建立限流保护装置的等效场路耦合模型，如图9所示。此时限流保护装置的四个绕组为有限元单元，绕组匝数分别为S1、S2、S3和S4，流过绕组的磁通分别为φ1、φ2、φ3和φ4。绕组电流分别为Ic1、Ic2、Ic3和 Ic4，回路电流分别为I1、I2和I3。
根据回路电流法，可得限流保护装置的回路方程为：
Figure RE-GDA0002508412430000081
而根据电磁场有限元理论，考虑涡流损耗情况下限流保护装置的有限元方程为：
Figure RE-GDA0002508412430000082
其中A为有限元磁矢量，J1、J2、J3和J4分别为各绕组的电流密度。
而流过线圈的电流密度和穿过各绕组的磁通量可分别表示为：
Figure RE-GDA0002508412430000091
Figure RE-GDA0002508412430000092
其中tc为电流的切向分量。
因此限流保护装置的场路耦合方程为：
Figure RE-GDA0002508412430000093
为了验证上述所提出方法的有效性，采用Maxwell-3D电磁仿真软件，搭建了单相10kV/1kA限流保护装置的电磁仿真模型。其电路参数和结构参数如表2和表3所示。
表2 10kV/1kA限流器仿真电路参数
Figure RE-GDA0002508412430000094
Figure RE-GDA0002508412430000101
表3 10kV/1kA限流器仿真结构参数
Figure RE-GDA0002508412430000102
图10是30Q140磁化特性曲线图。在仿真设置中，***电源为理想电压源，短路开关为理想断路器。铁心材料选用晶粒取向硅钢片30Q140，在仿真中本文选用硅钢片实际的非线性磁化曲线，其基本磁化曲线如图10所示。
根据理论计算，直流偏置回路时间常数可计算得：
Figure RE-GDA0002508412430000103
等效电路1、2和3的短路电流分别根据上式(13)(14)计算得：
Figure RE-GDA0002508412430000104
而临界初始偏置电流可由式(18)计算得：
Figure RE-GDA0002508412430000105
根据理论分析可知，当直流偏置电流大于3771.9A时，短路电流达到稳态时，限流保护装置存在饱和重叠区。当直流偏置电流小于3771.9A时，短路电流达到稳态时，存在不饱和重叠区。而当直流偏置电流等于3771.9A时，短路电流达到稳态时，BSFCL既不存在饱和重叠区，也不存在不饱和重叠区，短路电流刚好为正弦波。
同时采用MATLAB软件，根据上述提出的等效模型进行了计算。本章分别分析了当初始直流偏置电流为6kA，2.5A和3.7719kA时，BSFCL的等效模型计算和电磁仿真分析结果对比情况，以验证本文提出的限流机理和等效模型的正确性。
首先分析仅存在饱和重叠区时的情况。取初始直流偏置电流Id＝6000A，模拟线路出口金属性短路，短路时刻为t＝0.06s。为了方便分析限流保护装置的限流机理，忽略短路电路非周期分量，设定短路合闸角为90°。图11、12分别为短路前后限流保护装置的电压电流波形和铁心磁感应强度变化曲线。
从图中可以看出，当***正常运行，流过限流保护装置的电流为正常负荷电流，有效值为1kA，铁心I和II均处于深度饱和状态，此时铁心饱和程度较高，铁心I和II的磁感应强度最小值为2.08T左右，因此BSFCL的阻抗很小，两端电压也较小，幅值大约为178.3V左右。另外由于采用桥式绕组结构，交直流共用同一绕组，因此铁心I和II上的绕组除流过一半的正常负荷电流外，还流过一半的直流偏置电流。
而当发生短路故障时，限流保护装置能够有效限制***短路电流。当未加限流保护装置时，***短路电流最大峰值为30kA，当加装限流保护装置后，短路电流最大峰值能被限制在 9.84kA左右，稳态短路电流能被限制在8.37kA。从图11(b)和12可看出，当发生短路故障时，铁心I、II交替退出饱和，短路电流流经饱和铁心上的绕组和限流电感，而退出饱和铁心上的绕组由于阻抗较大，因此电流很小，从而能够有效限制短路电流。而由于短路回路存在电阻，因此直流偏置电流存在衰减直至达到稳态，如图11(d)所示。另外由于初始直流偏置电流大于临界初始直流偏置电流，因此当短路电流达到稳态时，限流保护装置存在饱和重叠区，此时铁心I和II仍然处于深度饱和状态，由于饱和重叠区的阻抗较小，当发生短路故障时，BSFCL 两端的电压存在凹陷。当初始直流偏置电流较大时，在一个周期内，限流保护装置发生短路故障时的工作状态为饱和重叠区和饱和交替区的交替变化。
另外，为了验证所提出的等效模型的正确性，采用MATLAB软件，根据提出的等效模型进行计算得到了限流保护装置的理论计算结果，图13为等效模型理论计算和仿真分析得到的仅存在饱和重叠区时的短路电流对比结果。从图13可以看出，当仅存在饱和重叠区时，本文的等效模型计算结果与限流保护装置的实际仿真结果较好地吻合，从而验证了本文等效模型分析的正确性。同时，当短路电流达到稳态时，饱和重叠区的时间为ts＝0.00047s。此时若采用传统等效模型，忽略饱和重叠区，由于一个周期内，限流保护装置存在4倍的饱和重叠区时间，因此短路电流计算误差将达到9.4％。而对于短路电流第一周波峰值，由于饱和重叠区时间更大，计算误差将更大。因此采用本文提出的等效模型，将有效提高限流保护装置的模型计算精度。
当存在不饱和重叠区时，此时初始直流偏置电流应小于临界初始偏置电流。取初始直流偏置电流Id＝2500A。同样模拟线路出口金属性短路，短路时刻为t＝0.06s，设定短路合闸角为 90°。图14、15分别为短路前后BSFCL的电压电流波形和铁心磁感应强度变化曲线。当***正常运行时，限流保护装置流过正常负荷电流，此时限流保护装置的阻抗较小，但相比初始直流偏置电流为6kA时，铁心饱和程度不够高，铁心I和II的磁感应强度最小值为2.01T左右，因此限流保护装置的正常两端电压为179.9V，比6kA时稍大。而当发生短路故障时，短路电流最大峰值从30kA限制到了7.08kA左右，稳态短路电流能被限制在4.49kA。相比初始直流偏置电流为6kA，具有更好的限流效果。
图16为当初始直流偏置电流等于2.5kA，分别存在饱和重叠区、饱和交替区和不饱和重叠区时铁心的磁感应强度分布图。从图中可以看出，当限流保护装置处于饱和重叠区时，铁心I和II均处于深度饱和状态，磁感应强度在2.01T左右。当限流保护装置处于饱和交替区时，此时短路电流处于正半周期，铁心I饱和，而铁心II退出饱和。当限流保护装置处于不饱和重叠区时，铁心I和II均为饱和，磁感应强度在1.85T左右。
图17是存在不饱和重叠区时仿真和理论计算结果比较示意图。为了验证存在不饱和重叠区时的等效模型，采用MATLAB软件对等效模型进行了理论计算。基于等效模型的理论计算和仿真分析的短路电流对比如图17所示。从图中可以看出，当存在不饱和重叠区时，本文等效模型计算结果与仿真结果较好地吻合。当t＝0.07s时，限流保护装置处于饱和重叠区。而 t＝0.08s时，直流偏置电流直流分量衰减，此时限流保护装置处于不饱和重叠区，限流保护装置阻抗增大，因此短路电流存在一定的截断现象，而随着直流偏置电流的衰减，不饱和重叠区的时间越长，此时限流保护装置短路电流的截断现象也越明显。而从仿真结果对比可以看出，基于提出的等效模型能够较好反映直流偏置电流直流分量的衰减对BSFCL的工作状态的影响。同时，当短路电流达到稳态时，不饱和重叠区时间为tsu＝0.00079s。此时若采用传统等效模型，忽略不饱和重叠区，短路电流计算误差将达到15.8％。
图18是临界偏置电流时的仿真结果示意图。当初始直流偏置电流为临界初始偏置电流，即Id＝3771.9A，短路电流达到稳态时，直流偏置回路电流idc恰好为全波整流波形，而稳态短路电流为正弦波形，如图18所示。此时当短路电流达到稳态时，限流保护装置既不存在饱和重叠区，也不存在不饱和重叠区，因此限流保护装置两端电压为良好的正弦波形。
因此，上述电磁仿真结果验证了本发明提出的限流保护装置限流机理及等效模型的正确性。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种磁控谐振试验变压器限流保护装置，其特征在于：包括三柱式铁心结构和直流偏置回路；三柱式铁心结构包括中间的铁心III、两侧的铁心I和铁心II；铁心I和铁心II均分别对称地绕有2个匝数为N的绕组，各绕组绕向相同，且交直流共用同一绕组；铁心I和铁心II上半段的两个绕组的上端相连并引出作为输入一端，下半段的两个绕组的下端相连并引出作为输出一端；铁心I上半段的绕组的下端与铁心II下半段的绕组的上端相连，铁心II上半段的绕组的下端与铁心I下半段的绕组的上端相连；直流偏置回路包括串接的限流电感L0和直流偏置电源Ed，其一端与铁心II上半段的绕组的下端相连，另一端与铁心II下半段的绕组的上端相连。
2.根据权利要求1所述的一种磁控谐振试验变压器限流保护装置，其特征在于：所述的铁心III绕有1个匝数为N的绕组；铁心II上半段的绕组的下端相连与铁心III的绕组的上端相连，铁心I上半段的绕组的下端与铁心III的绕组的下端相连；直流偏置回路的一端与铁心III的绕组的上端相连，另一端与铁心III的绕组的下端相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种磁控谐振试验变压器限流保护装置，其特征在于：所述的直流偏置回路还包括串接在限流电感L0和直流偏置电源Ed之间的限流电阻R0。
4.根据权利要求1所述的一种磁控谐振试验变压器限流保护装置，其特征在于：所述的限流保护装置具有正常运行时和故障运行时两种状态，当***正常运行时，限流保护装置的阻抗较小，对***的正常运行影响较小；当***发生短路故障时，将有效限制***的短路电流。
5.根据权利要求1所述的一种磁控谐振试验变压器限流保护装置，其特征在于：所述的限流保护装置的限流机理主要与铁心I和II的状态有关；根据两个铁心饱和程度的关系可以划分为三个工作区，分别为饱和重叠区、饱和交替区和不饱和重叠区。
6.根据权利要求5所述的一种磁控谐振试验变压器限流保护装置，其特征在于：所述的饱和重叠区主要存在于当***正常运行时和当***发生短路故障限流保护装置未动作时；所述的饱和交替区存在于其中一个铁心深度饱和，另一个铁心退出饱和时；所述的不饱和重叠区存在于两个铁心退出饱和时。
7.根据权利要求6所述的一种磁控谐振试验变压器限流保护装置，其特征在于：在限流保护装置的限流过程中，所述的饱和交替区一直存在，在限流过程中起主要的限流作用，所述的不饱和重叠区将增强限流保护装置的限流效果，影响因素为饱和重叠区和不饱和重叠区时间的长短。
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