一种无损限流装置及其控制方法与流程

本发明涉及高压电器技术领域，尤其涉及一种无损限流装置及其控制方法。

背景技术：

随着国民经济的迅速发展，电力工业也在迅速发展。人们对电能的需求日益增涨，同时对供电系统的可靠新以及供电质量的要求也越来越高。人们对电能的需求日益增涨，使输电线路中的电压、电流也不断增大，进而导致输电线路输电电路出现短路时，输电线路输电电路中的短路电流会超过断路器的关断容量，造成安全性问题，因此需要在输电线路中设置限流装置降低输电线路短路时的峰值电流，减轻断路器的开断负担，提高线路的输电能力。

目前的限流装置主要可分为新型材料型限流装置和电力电子型限流装置。其中，新型材料型限流装置主要包括：超导型限流装置，超导型限流装置具有检测、转换和限流功能，且限流速度快，但是，在较大电流下超导材料失超存在安全保护问题，因此需要设计复杂的保护回路，影响系统运行的稳定性，而且其需要配套的制冷设备或整流设备，因此能耗较大、生产成本较高。电力电子型限流装置主要包括：固态限流装置和谐振型限流装置。固态限流装置可以迅速、灵活的对输电线路中的短路电流进行限流，但是，其能耗较高。谐振型限流装置也可以迅速对输电线路中的短路电流进行限流，但谐振型限流装置中的电抗器功率损耗较大，进而导致能耗较大，并且谐振型限流器运行维护成本也很高。

综上，目前的限流装置都具有一定的局限性，本领域技术人员亟待寻找一种无损限流装置。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种限流装置及其控制方法，用于实现对故障短路电流进行限制。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种无损限流装置，用于在输电线路出现短路时对短路电流进行限制；所述限流装置包括：检测模块、第一反向电流模块、第二反向电流模块、快速开关模块以及限流电感模快；

所述检测模块用于确定输电线路是否短路以及短路电流的方向；当确认短路且所述短路电流的方向为正向时，所述第一控制信号端子发出控制信号，当所述输电线路短路且所述短路电流的方向为负向时，在所述第二控制信号端子发出控制信号；

所述第一反向电流模块连接所述第一控制信号端子以及所述输电线路两端，用于在所述第一控制信号端子的控制下输出负向电流，并与短路电流作用形成过零点；

所述第二反向电流模块连接所述第二控制信号端子以及所述输电线路两端，用于在所述第二控制信号端子的控制下输出正向电流，并与短路电流作用形成过零点；

所述快速开关模块连接所述第一控制信号端子、所述第二控制信号端子以及所述输电线路的首端和末端，用于在所述第一控制信号端子或所述第二控制信号端子的控制下断开开关断口；

所述限流电感模块用于在所述快速开关模块断开开关断口后，承接转移过来的短路电流并对所述短路电流进行限制。

可选的，所述第一反向电流模块包括：第一电容、第一电感以及第一触发开关单元；

所述第一开关单元的输入端连接所述输电线路的首端，所述第一开关单元的输出端连接所述第一电感的首端；所述第一开关单元的控制端连接所述第一控制信号端子；

所述第一电感的末端连接所述第一电容的第一极；

所述第一电容的第二极连接所述输电线路的末端。

可选的，所述第一开关单元为晶闸管或触发真空开关。

可选的，所述第二反向电流模块包括：第二电容、第二电感以及第二开关单元；

所述第二开关单元的输入端连接所述输电线路的末端，所述第二开关单元的输出端连接所述第二电感的末端；所述第二开关单元的控 制端连接所述第二控制信号端子；

所述第二电感的首端连接所述第二电容的第二极；

所述第二电容的第一极连接所述输电线路的首端。

可选的，所述第二开关单元为晶闸管或触发真空开关。

可选的，所述快速开关模块包括：快速真空开关及其控制机构；

真空开关的输入端连接输电线路的首端，真空开关的输出端连接输电线路的末端；

所述真空开关的控制机构连接所述第一控制信号端子以及所述第二控制信号端子。

可选的，所述限流电感模块包括：第三电感；

所述第三电感的首端连接所述输电线路的首端，所述第三电感的末端连接所述输电线路的末端。

可选的，所述检测模块包括：采样单元、判断单元以及发送单元；

所述采样单元用于对所述输电线路中的电流进行采样；

所述判断单元用于根据所述输电线路中的电流判断所述输电线路是否短路以及在所述输电线路短路时判断短路电流的方向；

所述发送单元用于在所述输电线路短路且所述短路电流的方向为正向时在所述第一控制信号端子输出所述控制信号；

所述发送单元还用于在所述输电线路短路且所述短路电流的方向为负向时在所述第二控制信号端子输出所述控制信号。

第二方面，提供一种无损限流装置的控制方法，用于在输电线路出现短路时对所述输电线路中的短路电流进行限流；所述方法包括：

确定所述输电线路是否短路和所述输电线路短路时短路电流的方向；

当所述输电线路短路且所述短路电流的方向为正向时，导通负向电流回路并输出负向电流；

当所述输电线路短路且所述短路电流的方向为负向时，导通正向电流回路并输出正向电流；

在正向电流或负向电流的作用下，快速开关断开开关断口，并将 短路电流转移到限流回路中

限流回路对短路电流进行限制。

本发明实施例提供的无损限流装置包括：检测模块、第一反向电流模块、第二反向电流模块、快速开关模块以及限流电感模快，其中，检测模块确定输电线路是否短路以及短路电流的方向，在输电线路短路、短路电流的方向为正向时，在第一控制信号端子输出控制信号，第一反向电流模块在控制信号的控制下输出与短路电流的方向相反的负向电流；在输电线路短路、短路电流的方向为负向时，在第二控制信号端子输出控制信号，第二反向电流模块在控制信号的控制下输出与短路电流的方向相反的正向电流，因此快速开关模块中的短路电流可以在反向电流的作用下快速过零，快速开关模块可以快的断开开关断口，并将短路电流转移到限流电感中从而实现限流，又因为输电线路正常工作时电流通过快速开关模块，所以输电线路正常工作时限流装置无损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例提供的限流装置的示意性结构图；

图2为本发明的实施例提供的限流电感模块的示意性结构图；

图3为本发明的实施例提供的限流装置的电路图之一；

图4为本发明的实施例提供的限流装置的电路图之二；

图5为本发明的实施例提供的限流装置的电路图之三；

图6为本发明的实施例提供的限流装置的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保 护的范围。

需要说明的是，本申请中的“第一”、“第二”等字样仅仅是为了对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，“第一”、“第二”等字样并不是在对数量和执行次序进行限定。

本发明的实施例提供一种无损限流装置，用于在输电线路出现短路时对输电线路中的短路电流进行限流。具体的，参照图1所示，该限流装置10包括：

检测模块11、第一反向电流模块12、第二反向电流模块13、快速开关模块14以及限流电感模快15。

检测模块11连接输电线路、第一控制信号端子co1、第二控制信号端子co2，用于确定输电线路是否短路以及短路电流的方向；当输电线路短路且短路电流为正向时，在第一控制信号端子co1输出控制信号，当输电线路短路且短路电流为负向时，在第二控制信号端子co2输出控制信号。

此外，本发明实施例中的正向和负向仅是为了限定一对相反的方向，而不能理解为对电流的具体流向进行限定，根据对正向对流的定义不同，本发明实施例中的正向和负向可以互换。

具体的，参照图2所示，检测模块11可以包括：采样单元111、判断单元112以及发送单元113。

具体的，采样单元111用于对输电线路中的电流进行采样。

判断单元112用于根据输电线路中的电流判断输电线路是否短路以及在所述输电线路短路时判断短路电流的方向。

发送单元113用于在输电线路短路且短路电流的方向为正向时在第一控制信号端子co1输出控制信号；

发送单元113还用于在输电线路短路且短路电流的方向为负向时在第二控制信号端子co2输出控制信号。

示例性的，判断单元112根据输电线路中的电流判断输电线路是否短路具体可以为：通过检测输电线路中的电流的变化率判定输电线路是否短路。例如：若输电线路中的电流的变化率超过预设范围，则判定输电线路短路。进一步的，判断单元112根据输电线路中的电流 判断输电线路是否短路还可以为：对输电线路中的电流进行采样分析，根据短路电流大小是否超过限值来确定输电线路是否短路。以上仅为本发明实施例提供的优选实施方式，而并不能作为本发明的限制，在上述实施例的基础上，本领域技术人员也可以通过其他方式确定输电线路是否短路。

第一反向电流模块12连接第一控制端第一控制信号端子co1以及输电线路的首端input和末端output，用于在第一控制信号端子co1的控制下输出负向电流，并与短路电流作用形成过零点。

还需要说明的是，本发明实施例中的输电线路的首端input和末端output仅是为了区分不同的电流端口，而不是在对电流的方向进行限定。

第二反向电流模块13连接第二控制信号端子co2以及输电线路的首端input和末端output，用于在第二控制信号端子co2的控制下输出正向电流，并与短路电流作用形成过零点。

快速开关模块14连接第一控制端第一控制信号端子co1、第二控制信号端子co2以及所述输电线路的首端和末端，用于在所述第一控制信号端子co1或所述第二控制信号端子co2的控制下断开开关断口。

电感模块15用于在快速开关模块14断开开关断口后，承接转移过来的短路电流并对短路电流进行限制。

本发明实施例提供的限流装置包括：检测模块、第一反向电流模块、第二反向电流模块、快速开关模块以及限流电感模快，其中，检测模块确定输电线路是否短路以及短路电流的方向，在输电线路短路、短路电流的方向为正向时，在第一控制信号端子输出控制信号，第一反向电流模块在控制信号的控制下输出与短路电流的方向相反的负向电流；在输电线路短路、短路电流的方向为负向时，在第二控制信号端子输出控制信号，第二反向电流模块在控制信号的控制下输出与短路电流的方向相反的正向电流，因此快速开关模块中的短路电流可以在反向电流的作用下快速过零，快速开关模块可以快的断开开关断口，并将短路电流转移到限流电感中从而实现限流，又因为输电线路正常工作时电流通过快速开关模块，所以输电线路正常工作时限流装置无损耗。

具体的，参照图3所示，第一反向电流模块12包括：第一电容c1、第一电感l1以及第一开关单元t1；

示例性的，第一开关单元t1可以为晶闸管或触发真空开关。在本发明实施例中，为区分晶体管除控制端之外的两端，将其一输入输出出端称为输入端，另一输入输出端称为输出端。按附图中的形态规定中间端为控制端、电流输入端为输入端、电流输出端为输出端。以上，仅为本发明提供的优选实施方式，但并不能多为对本发明的限制，本发明实施例中的第一开关单元t1还可以为其他具有导通关断功能的器件。

第一开关单元t1的输入端连接输电线路的首端input，第一开关单元t1的输出端连接第一电感l1的首端；第一开关单元t1的控制端连接第一控制信号端子co1；

第一电感l1的末端连接第一电容c1的第一极；

第一电容c1的第二极连接输电线路的末端output。

第二反向电流模块13包括：第二电容c2、第二电感l2以及第二开关单元t2；

第二开关单元t2的输入端连接输电线路的输出端output，第二开关单元t2的末端连接第二电感l2的末端；第二开关单元t2的控制端连接第二控制信号端子co2；

第二电感l2的首端连接第二电容c2的第二极；

第二电容c2的第一极连接输电线路的首端input。

同上，第二开关单元t2可以为晶闸管或触发真空开关，此处不再赘述。

快速开关模块14包括：快速真空开关vcb及其控制机构(英文名称：vacuumcircuitbreaker)；

真空开关vcb的输入端连接输电线路的首端input，真空开关vcb的输出端连接输电线路的末端output；

所述真空开关vcb的控制机构连接所述第一控制信号端子co1以及所述第二控制信号端子co2。

真空开关是一种利用密封在真空中的一对触头来实现电路的接通 与分断功能的一种真空器件；包括：真空灭弧室、斥力机构等结构。当其断开一定数值的电流时，动、定触头在分离的瞬间，电流收缩到触头的某一点或某几点上，电极间电阻剧烈增大和温度迅速提高，直至发生电极金属的蒸发，同时形成极高的电场强度，导致剧烈的场致发射和间隙的击穿，产生真空电弧，当工作电流接近零时，同时随着触头间距增大，真空电弧的等离子体很快向四周扩散，电弧电流过零后，触头间隙的介质迅速由导电体变为绝缘体，电流被关断。

限流电感模块15包括：第三电感l3；

第三电感l3的首端连接输电线路的首端input，第三电感l3的末端连接输电线路的末端output。

可选的，参照图4所示，限流电感模块15还可以包括：电阻r1。

电阻r1的首端连接输电线路的首端input，电阻r1的末端连接输电线路的末端output。

此外，本发明实施例中的限流模块15也可以包括相互串联的电感和电阻。具体的，参照图5所示，限流模块15包括：串联的第三电感l3和电阻l1。当然，在此基础上，本领域技术人员还很容易想到将电阻和电感的位置进行调换或通过多个电感、电阻的串并联来实现本发明实施例中的限流模块，但这都属于本发明实施例的合理变通方案，因此都应涵盖在本发明的保护范围之内。

示例性的，上述实施中的快速真空开关vcb的额定电压为40.5kv、额定电流为40ka；第三电感l3的额定电压为40.5kv、额定电流为40ka、额定电感为6.3mh；第一电感l1和第二电感l2的额定电压为220v、额定电流为40ka、额定电感为10uh；第一电容c1和第二电容c2的额定电压为220v、额定电流为40ka、额定电感为30mf；第一开关单元t1与第二开关单元t2的额定电压为40.5kv、额定电流为40ka。

本发明实施例提供一种无损限流装置的控制方法，用于在输电线路短路时对短路电流进行限制。示例性的，该限流装置的控制方法可以用于控制上述实施例中的限流装置。

参照图6所示，该无损限流装置的控制方法包括：

s61确定所述输电线路是否短路和输电线路短路时短路电流的方 向。

在步骤s61中，当输电线路短路且短路电流的方向为正向时，执行步骤s62；当输电线路短路且短路电流的方向为负向时,执行步骤s62.

s62、导通负向电流回路并输出负向电流。

s63、导通正向电流回路并输出正向电流。

s64、在正向电流或负向电流的作用下，快速开关断开开关断口，并将短路电流转移到限流回路中。

s65、限流回路对短路电流进行限制。

本发明实施例提供的限流装置的控制方法，首先确定是否短路和短路电流的方向，当确认短路且短路电流的方向为正向时，输出负向电流；当短路电流方向为负向时，输出正向电流；同时控制快速真空开关断开；在反向电流作用下短路电流快速出现过零点，并将短路电流转移到限流回路中，从而实现限流，又因为输电线路正常工作时电流通过快速开关模块，所以输电线路正常工作时限流装置无损耗。

以下进一步对图3、4、5所示限流装置以及图6所示无损限流装置的控制方法的工作原理进行说明。

正常工作时，真空开关140导通，电流经过真空开关回路流过，同时第一电容c1以及第二电容c2被充电。

出现短路时，首先检测模块11检测到短路工况并获取短路电流的方向，并根据电流方向发出控制信号。当短路电流的方向为正向时，第一反向电流模块12中的第一开关单元t1导通，产生与短路电流的电流方向相反的电流，即产生负向电流。第一反向电流模块12产生的负向电流与正向的短路电流作用，促使真空开关过零关断。同理，当短路电流的电流为负向时，第二反向电流模块13产生的正向电流与负向的短路电流作用，促使真空开关过零关断。最后,快速真空开关熄弧后，短路电流转移到限流电感中实现短路电流的限制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。