一种混合型磁饱和故障限流器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压交流输电网限制故障电流的设备，具体来说涉及一种混合型磁饱和故障限流器。
【背景技术】
[0002]随着我国工业发展的持续高速增长，人民生活水平日益提高，社会用电需求不断增加，电力系统的电网容量也相应不断增大以满足负荷需求，随之带来系统中短路电流水平不断增加，短路故障电流水平甚至可能超过部分已有设备的最大承受电流值，这对电力系统的安全运行造成严重的威胁。短路故障限流器是限制电网短路故障电流的重要设备，在线路正常运行时，短路故障限流器对系统没有不良影响，发生故障时，短路故障限流器能快速响应，在短路回路中形成一个很大的阻抗，有效限制短路电流，保障电网安全。
[0003]随着新材料和新技术的突破，短路故障限流器的类型也不断增加，现有以下几种常见的故障限流器类型:固态故障限流器，超导故障限流器，ZnO避雷器式故障限流器，磁饱和型故障限流器。固态故障限流器需要通过大量电力电子器件的串并联来实现，这导致其结构复杂，装置成本高，且可靠性较低，因此实际使用受到很大的限制；超导故障限流器，超导体的应用对维护技术的要求高，而且技术实现代价高，这些不利的因素大大限制了超导故障限流器的实际应用；ZnO避雷器式故障限流器的关键技术在于参数设计、配合和ZnO避雷器的吸能问题，因此需要将大量避雷器串并联使用，这在技术的实现上存在困难，且造价高；磁饱和型故障限流器，其对直流励磁绕组要求较高，需要足够的直流磁动势对磁芯进行偏置，对直流偏置电压的高要求导致磁饱和型故障限流器同样存在成本高的问题；永磁饱和型故障限流器可以省去直流偏置源，无需外加控制实现自动投切，价格低廉，经济性好，但是永磁体材料的偏置能力普遍不足，无法保证铁芯能够深度饱和，使得正常运行时限流器阻抗值较高；并且永磁体的稳定性存在问题，急剧变化的短路电流使永磁体存在消磁的风险，装置可靠性不高，无法在高压大容量的场合实现应用。
[0004]在非专利文献1 (袁佳飲，《A Novel Bridge-Type Hybrid Saturated Core FaultCurrent Limiter Based on Permanent Magnets〉〉，IEEE Transact1n on magnetics)中公开了如下一种限流器的结构，如，包括两个口字型磁芯以及线圈绕组，两个口字形磁芯的结构完全相同，两个口字形磁芯并列放置，永磁体镶嵌在磁芯中对铁芯进行偏置；四个线圈分别缠绕在两个口字型磁芯的铁芯上，在铁芯饱和以及非饱和状态的阻抗值相差较大；在永磁体偏置作用下，铁芯处于饱和状态，线圈阻抗值较低，对系统影响较小；在较大故障电流作用下，两个口字型磁芯中的铁芯交替退出饱和，相应缠绕在两个磁芯上的线圈的阻抗值交替发生变化，交流电流在限流器绕组中的流通路径发生改变，限流电抗串入交流回路，对故障电流进行限制。但由于两个口字型磁芯以及相应所需的永磁体的用量较大，导致其不适于工业化大量生产；磁芯的结构参数对装置的性能有较大的影响，而文献未对结构参数的选择进行具体阐述。
【发明内容】
[0005]为解决既要实现对短路故障的快速响应，有效限制故障电流，又要结构简单，可靠性高，同时还要降低成本，适合电力系统广泛的应用，使电网安全稳定运行的问题，提出将永磁体与直流线圈绕组一同作为励磁偏置源，将四个线圈绕组通过一种巧妙的连接方式串并联在一起，与直流偏置回路中的限流电抗连接成桥式结构。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种混合型磁饱和故障限流器，包括铁芯、线圈绕组、直流电源和限流电抗，所述铁芯包括开口芯柱和分别位于所述开口芯柱左边的第一芯柱、第二芯柱和右边的第三芯柱、第四芯柱，所述开口芯柱的上下两端分别有上横轭、下横轭，所述上横轭中镶嵌有第一永磁体、第三永磁体，所述下横轭中镶嵌有第二永磁体、第四永磁体，所述上横轭两端分别连接所述第一芯柱、第三芯柱，其中部依次连接所述第二芯柱、开口芯柱、第四芯柱；所述线圈绕组包括分别绕制在所述第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱、第四芯柱上的第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈，所述第一线圈的一端与第三线圈的一端连接后接入输电线路的一端，所述第二线圈的一端与第四线圈的一端连接后接入输电线路的另一端，所述第一线圈的另一端与第四线圈的另一端连接，所述第二线圈的另一端与第三线圈的另一端连接；所述直流电源与所述限流电抗串联后与所述第一线圈的端口和所述第三线圈的端口连接。
[0007]优选的，所述铁芯关于所述开口芯柱的中心线成轴对称。
[0008]优选的，所述开口芯柱的中间开有一气隙。
[0009]优选的，所述上横轭左侧中部镶嵌有所述第一永磁体，右侧中部镶嵌有所述第三永磁体，所述下横轭左侧中部镶嵌有所述第二永磁体，右侧中部镶嵌有所述第四永磁体；所述第一永磁体和第二永磁体在左侧铁芯中励磁方向相同，所述第三永磁体和第四永磁体在右侧铁芯中励磁方向相同；所述第一、二、三、四永磁体尺寸相同，且截面积与各自所在横轭的截面积相等，其长度大于所述开口芯柱的气隙长度。
[0010]优选的，所述第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱和第四芯柱截面均为圆形、椭圆形或矩形，其截面积相等，长度相等；所述开口芯柱截面为圆形、椭圆形或矩形，且截面积大于所述横轭的截面积；所述上横轭、下横轭的长度相等，截面积相等，且其截面积大于所述第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱、第四芯柱的截面积。
[0011 ] 优选的，所述第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈的匝数相等。
[0012]优选的，所述限流电抗的电抗值小于所述绕组线圈在芯柱不饱和时的感抗值，且大于芯柱饱和时的感抗值。
[0013]本发明的工作原理:是将线圈感抗值可调的磁饱和式限流器与输电线路串联，实现对短路故障电流的限制。
[0014]本发明工作流程:直流电流在线圈中的回路感应出的磁场方向与永磁体磁场方向一致，相互叠加形成偏置磁场；线路正常运行时，在线路电流正半周，左侧铁芯的第一线圈和第二线圈所产生的交流磁场方向与偏置磁场方向一致，在相互叠加的磁场的偏置作用下，第一芯柱和第二芯柱均进入深度饱和状态；右侧铁芯的第三线圈和第四线圈所产生的交流磁场方向与偏置磁场方向相反；但在线路正常运行时，线圈产生的交流磁场小于偏置磁场，在相互抵消的磁场的偏置作用下，第三芯柱和第四芯柱仍然处于饱和状态。在线路电流的负半周，左侧铁芯的交流磁场与偏置磁场方向相反，右侧铁芯的交流磁场与偏置磁场方向相同，第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱和第四芯柱仍然都处于饱和状态；因此，当线路处于正常工作时，混合型磁饱和限流器的线圈绕组在输电线路中呈现的阻抗值较小，线圈呈现的电抗值均为4，且交流电流不流经限流电抗L1,因此电压损耗和能量损耗较小，对系统运行影响很小。
[0015]当输电线路发生短路故障时，故障电流迅速增大，且短路电流心大于最大负荷电流。因此，各线圈产生的交流磁场将大于偏置磁场；在短路电流正半周，左侧铁芯的第一线圈和第二线圈所产生的交流磁场增大，且方向与偏置磁场方向