一种三相磁饱和式故障限流器的制作方法

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种三相电抗器的特殊铁芯结构。

背景技术：

随着电力系统得发展，电力系统的容量越来越大，同时当系统发生短路故障时，短路容量和短路电流都呈现为逐年上升的趋势，因此电抗器的研究是十分重要的。当系统发生短路故障的时候，故障限流电抗器可以有效限制短路电流的大小使得短路电流被限制到遮断容量之内，配合断路器进行动作。

近年来研究的磁饱和开关型故障限流器，可以在系统正常工作时呈现低阻抗，不影响系统的正常工作，在短路故障发生时，迅速进入高阻抗状态，从而对短路故障电流进行有效的限制。磁饱和开关型故障限流器的工作原理是通过增加直流励磁线圈，在系统正常工作时通过将铁芯中直流线圈产生的直流励磁和交流线圈产生的励磁叠加，从而使得铁芯进入饱和状态，呈现为低阻态，不影响系统的正常工作。而当系统发生短路故障时，由于交流故障电流的急剧上升，使得交流电流和直流电流产生的励磁叠加后，铁芯进入不饱和状态，从而回归为高阻态，以达到限制短路故障电流的效果。

但是，传统的三相磁饱和开关型故障限流器在电网中使用时，需要使用六个铁芯，大大增加了电抗器制造的成本，同时由于铁芯的增加，使得电抗器在使用时的铁损也大大增加，对于电力系统是极为不利的。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种三相磁饱和式故障限流器，具有结构简单、成本较低、节约空间等特点，能够有效限制各种形式的短路故障，大大减小电抗器的制造成本及运行损耗，稳定高效的同时散热性强。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种三相磁饱和式故障限流器，包括两个相同的口字型铁芯、三组交流线圈绕组及两组直流线圈绕组；

其中，两个口字型铁芯并列设置，其相靠的一侧为内侧铁芯，且相远离的一侧为外侧铁芯；三组交流绕组依次同向绕制于两个内侧铁芯上，且三组交流绕组分别串联在三相交流电源和系统负载之间；两组直流绕组以反向串联方式分别绕制在两个外侧铁芯上，且两组直流绕组反向串联在直流励磁电路中。

通过采用将三相绕组同时绕在两个铁芯中柱，使得新型的三相磁开关式故障限流器只需要两个铁芯就可以实现对三相短路故障的限流能力，大大减小了传统三相磁开关式故障限流器的制造成本，同时减小了运行时的铁损等。

进一步的，所述两组直流绕组的匝数相同，而三组交流绕组的匝数根据需要可以不同。由于两个直流励磁绕组采用反向串联接法，匝数相同，因此，直流励磁在交流线圈中产生的谐波也被抵消，从而减小功率损耗。

进一步的，所述交流绕组及直流绕组采用丝包扁铜线制成，且口字型铁芯采用硅钢片制成，成本较低且导磁能力强。

进一步的，所述口字型铁芯的截面可采用圆形、椭圆形或矩形。

有益效果：本发明提供的一种三相磁饱和式故障限流器，相对于现有技术，具有以下优点：1、与传统的三相磁开关式故障限流器一样，当系统正常工作时，限流器呈现为低阻抗状态，当系统出现单相、两相、三相短路故障时能够迅速呈现为高阻抗，有效限制短路电流的大小；

2、相比于传统的三相磁开关式故障限流器，本发明提出的结构可以很大程度上减少限流器所需要的铁芯材料，减少电抗器的制造成本；

3、由于铁芯数目的减少，因此在正常工作时，铁损也在一定程度上减少了很多，使得电抗器的效率得到了提高。

附图说明

图1为本发明实施例的电路原理图；

图2为本发明实施例的结构示意图；

图3为本发明在单相接地短路时的电抗器限流效果仿真图；

图4为本发明在两相接地短路时的电抗器限流效果仿真图；

图5为本发明在三相接地短路时的电抗器限流效果仿真图；

图中包括：1、7—口字型铁芯，4、5、6—交流绕组，2、3—直流绕组。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种三相磁饱和式故障限流器，包括两个相同的口字型铁芯、三组交流线圈绕组4、5、6及两组直流线圈绕组2、3；

其中，两个口字型铁芯1、7并列设置，其相靠的一侧为内侧铁芯，且相远离的一侧为外侧铁芯；三组交流绕组4、5、6依次同向绕制于两个内侧铁芯上，且三组交流绕组4、5、6分别串联在交流电源ac和负载rl之间，而构成a、b、c三相交流回路；两组直流绕组2、3以反向串联方式分别绕制在两个外侧铁芯上，且两组直流绕组2、3反向串联在开关s2、直流励磁电源dc和电阻r2之间，而构成直流励磁回路。

如图2所示，所述两组直流绕组2、3的匝数相同，且三组交流绕组4、5、6同向绕制，但是匝数可以不同；所述交流绕组4、5、6及直流绕组2、3采用丝包扁铜线制成，且口字型铁芯1、7采用dq120-30硅钢片制成。

本发明中，所述口字型铁芯的截面可采用圆形、椭圆形或矩形，且铁芯的截面积、线圈匝数以及铁芯的气隙长度等由短路故障的容量以及所需电抗器的电抗值决定。

本发明的工作原理如下：

开关s2闭合时，直流励磁电路对电抗器进行充电，此时电抗器在直流励磁的作用下达到饱和状态，此时电抗器呈现为低阻态；当系统发生短路故障的时候，由于交流电路突然增大，在正半周期内，在铁芯1中过大的交流电流使得交流线圈中产生的磁链和直流线圈产生的磁链相减无法使得铁芯进入饱和状态，此时电抗器呈现为高阻抗状态，从而对短路电流进行限制，而铁芯7中，交流磁链和直流磁链相互叠加，因此铁芯仍然为饱和状态，呈现为低阻抗状态；在负半周期，由于交流线圈中电流方向桶正半周期时方向相反，因此此时铁芯1中的交流磁链和直流磁链相互叠加，此时铁芯1呈现为饱和状态，呈现为低阻态，而铁芯7中的交流磁链和直流磁链相互抵消，因此铁芯7退出饱和状态，呈现为高阻态，从而限制短路电流的大小。

下面通过有限元仿真软件对三相电路出现的单相，两相，三相接地短路故障时刻，本发明中三相磁饱和式故障限流器的限流效果进行仿真。

如图3所示，在0.1s时刻，a相发生接地短路，此时虚线为没有加装电抗器时的故障电流曲线，实线为加装了所述三相磁饱和式故障限流器时的限流后的电流曲线，不难观察发现新型三相磁开关式电抗器在系统单相故障时具有一定的限流效果(限流能力大小和根据所需限流比调整线圈数目实现)。

如图4所示，在0.1s时刻，a、b两相都发生接地短路故障，此时虚线为没有加装电抗器时a相的故障电流曲线，实线为加装了所述三相磁饱和式故障限流器时的限流后a相的电流曲线，由图4可以发现相对于单相接地故障时，限流器的限流效果会相对弱一些，但是依然可以有良好的限流效果(限流能力大小和根据所需限流比调整线圈数目实现)。

如图5所示，在0.1s时刻，三相都发生接地短路故障，此时虚线为没有加装电抗器时a相的故障电流曲线，实线为加装了所述三相磁饱和式故障限流器时的限流后a相的电流曲线，由图5可以发现三相接地故障和两相接地故障的限流效果接近，但是相对于单相接地故障时的限流效果略差，但是依然可以有良好的限流效果，可以在故障发生时刻迅速将短路电流进行限制。(限流能力大小和根据所需限流比调整线圈数目实现)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。