专利名称：一种故障电流限制器的制作方法
技术领域：
本发明属于电力设备技术领域，尤其涉及一种无需使用可控电力电子器件的故障电流限制器。
背景技术：
故障电流限制器就是用来限制故障电流的一种设备。目前比较实用的故障电流限制器如图1所示，它主要由三部分组成一个快速动作的GTO开关(包括GTO开关的缓冲吸收电路SNB)，一个限制电流的阻抗L，一个氧化锌避雷器Y，此外有一套检测电流的装置和一套控制装置(图中未示出)。GTO开关由电流的上升率驱动，在几十微秒内可转化为断开状态，并可断开很大的电流。正常工作时，GTO开关处于完全导通状态；当发生故障时，GTO迅速断开，故障电流流过限流阻抗，氧化锌避雷器将限制限流阻抗两端的电压上升速度，并且电压加在阻抗两端，从而限制了故障电流。但这种装置目前只局限于小容量，因而大多用于配电网，而用于大容量的输电网时，存在如下两个问题(1)GTO额定电压和额定电流低。在高电压电力电路中使用时必须采用多管串联(提高电压)、并联(增大电流)的方法。这就要求更为复杂、可靠的GT0驱动和同步控制技术，否则装置将无法正常工作。
(2)GTO的通态损耗大。目前大功率GTO的通态压降约为1.7V，流过1000A的负荷电流时的损耗约为1.7kW，因此在高电压大电流的回路中采用多个GTO串、并联时，损耗相当可观，这就要求具有良好的散热装置。
目前上述两个问题都没有得到很好的解决，因此限制了这种结构的故障电流限制器的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用于输电网和配电网的故障电流限制器，改变已有技术的电路结构，以便在无需使用可控电力电子器件的情况下实现对故障电流的限制。
本发明提出的一种故障电流限制器，由工作于电网电压正半周的限流单元和工作于电网电压负半周的限流单元构成；其中，所述工作于电网电压正半周的限流单元，包括两个工作于电网电压正半周的快恢复二极管D1、DP1；一个限流电感LP1和一个限流电阻R1；为限流回路提供直流偏置电流的三相不控整流桥RCT1，以及一个为三相不控整流桥提供交流输入的调压变压器T1；其中所述快恢复二极管DP1、限流电感LP1、限流电阻R1和三相不控整流桥RCT1的直流输出端连接成一个直流偏置环，快恢复二极管D1与所述直流偏置环串接；所述工作于电网电压负半周的限流单元，包括两个工作于电网电压负半周的快恢复二极管D2、DP2；一个限流电感LP2和一个限流电感R2；为限流回路提供直流偏置电流的三相不控整流桥RCT2，以及一个为三相不控整流桥提供交流输入的调压变压器T2；其中快恢复二极管DP2、限流电感LP2、限流电感R2和三相不控整流桥RCT2的直流输出端连接成一个直流偏置环，快恢复二极管D2与所述直流偏置环串接。
本发明具有以下效果和优点1、从电路结构上看，不使用昂贵的可控电力电子器件，也就没有复杂的驱动、控制和缓冲吸收电路，使得装置结构大为简化，成本大幅降低。
2、电路可以变化使用。两个不控整流桥可以根据不同的使用场合决定是否工作当对谐波要求不高时，可以将不控整流桥退出运行，这样装置更为简单；当对谐波要求较高时，可将不控整流桥投入运行，为限流回路提供直流偏置电流。
3、通过调整调压变压器的分接头来调节直流偏置电流，从而适应不同的负荷工况。
综上所述，本发明提出的故障电流限制器，不使用可控的电力电子器件既满足限制故障电流的要求，又降低了成本，提高了装置的利用效率。
图1是已有的故障电流限制器电路图。
图2是本发明设计的新型故障电流限制器的电路图。
图3是利用本发明在有直流偏置电流时的故障电流限制效果图。
图4是利用本发明在无直流偏置电流时的故障电流限制效果图。
具体实施例方式
本发明提出的故障电流限制器，结合附图及实施例详细说明如下本发明的电路如图2所示，其中，1是工作于电网电压正半周的限流单元，2是工作于电网电压负半周的限流单元；其中，工作于电网电压正半周的限流单元，包括两个工作于电网电压正半周的快恢复二极管D1、DP1；一个限流电感LP1和一个限流电阻R1；为限流回路提供直流偏置电流的三相不控整流桥RCT1，以及一个为三相不控整流桥提供交流输入的调压变压器T1；其中所述快恢复二极管DP1、限流电感LP1、限流电阻R1和三相不控整流桥RCT1的直流输出端连接成一个直流偏置环，快恢复二极管D1与所述直流偏置环串接；所述工作于电网电压负半周的限流单元，包括两个工作于电网电压负半周的快恢复二极管D2、DP2；一个限流电感LP2和一个限流电感R2；为限流回路提供直流偏置电流的三相不控整流桥RCT2，以及一个为三相不控整流桥提供交流输入的调压变压器T2；其中快恢复二极管DP2、限流电感LP2、限流电感R2和三相不控整流桥RCT2的直流输出端连接成一个直流偏置环，快恢复二极管D2与所述直流偏置环串接。
以下介绍本发明的统一电能质量调节器的工作原理由于1、2分别工作于电网电压的正、负半周，电路结构对称，参数完全一样，因此只需分析限流单元1即可。
有直流偏置电流情况下正常工作时电路状态分析由不控整流桥获得的直流电压Ue1将在限流回路中产生直流偏置电流，此电流的大小为 若is1<Ue1R1,]]>则iLP1=Ue1R1,]]>流过限流电感LP1的电流将被限制为直流偏置电流，那么流过二极管DP1上的电流为iL1＝iLP1-is1由于iL1＞0，DP1上流过正向电流，其两端电压UAB＝0，所以负载上的电压就是电网电压Us。因此，在正常运行时，二极管DP1必须要导通，这样才能保证负载上的电压为正常值，这就要求直流偏置电流iLP1必须大于is1。
有直流偏置电流情况下故障时电路状态分析当如图2中E点发生短路故障时，由于短路电流is1大于直流偏置电流iLP1，因此iLP1将会随着故障电流上升，但是由于电感LP1的限流作用，iLP1不会突变，而是平缓上升，短路电流通过限流电感和限流电阻流向短路点，电网电压几乎全部降在限流电感和限流电阻上，短路电流得到了抑制。
利用本发明在有直流偏置电流时的故障电流限流效果如图3a所示，在有直流偏置电流时的电压波形如图3b所示；图3a中，Is是系统电流，用带有小方块的曲线表示；iL1是流过二极管DP1的电流，用带有倒三角的曲线表示；iLP1是流过限流电感LP1的电流，用带有正三角的曲线；图3b中UL是负载电压用带有小方块的线表示；Uab是二极管DP1两端的电压用带有正三角的线。
在无直流偏置电流情况下电路状态分析由于没有直流偏置电流，正常运行时，二极管DP1的状态取决于iLP1的变化。当iLP1跟随is1而变化，即iLP1＝is1时，流过二极管DP1的电流iL1＝0，这时DP1将截止，UAB≠0；当iLP1等于is1峰值时后is1将下降，由于限流电感LP1的作用，iLP1不随is1变化，而是通过DP1和R1衰减，这时iL1将缓慢上升，DP1导通，UAB＝0，这就是说，在这种情况下，UAB不会时时为零，在DP1截止时，UAB≠0，这就使得负载电压出现畸变，产生谐波，但这个畸变量相对于电网电压来说还是很小的(配电网电压一般为10kV，UAB只有几十伏)，因此在对谐波无特别严格要求的场合，这种结构的故障电流限制器是可行的。
故障时的状态同有直流偏置电流情况下故障时电路状态一样，在无直流偏置电流时的故障电流限流效果如图4a所示，在无直流偏置电流时的电压波形如图4b所示；图4a中，Is是系统电流，用带有小方块的曲线表示；iL1是流过二极管DP1的电流，用带有倒三角的曲线表示；iLP1是流过限流电感LP1的电流，用带有正三角的曲线；图4b中UL是负载电压用带有小方块的线表示；Uab是二极管DP1两端的电压用带有正三角的线。
由于电路的对称及元件参数的完全一致，限流单元2在电网电压负半周时的电路状态分析完全类似于限流单元1。
本发明的一个实施例中参数如下电网电压Us＝1000V；系统阻抗Zs＝2Ω；负载RL＝10Ω；XL＝3.14Ω限流电感LP1＝LP2＝10mH；限流电阻R1＝R2＝0.1Ω；直流偏置电流为200A本实施例中的快恢复二极管D1、D2、DP1、DP2，不控整流桥RCT、RCT2以及调压变压器T1、T2均采用成熟常规产品。
权利要求
1.一种故障电流限制器，其特征在于，由工作于电网电压正半周的限流单元和工作于电网电压负半周的限流单元构成；其中，所述工作于电网电压正半周的限流单元，包括两个工作于电网电压正半周的快恢复二极管(D1、DP1)；一个限流电感(LP1)和一个限流电阻(R1)；为限流回路提供直流偏置电流的三相不控整流桥(RCT1)，以及一个为三相不控整流桥提供交流输入的调压变压器(T1)；其中所述快恢复二极管(DP1)、限流电感(LP1)、限流电阻(R1)和三相不控整流桥(RCT1)的直流输出端连接成一个直流偏置环，快恢复二极管(D1)与所述直流偏置环串接；所述工作于电网电压负半周的限流单元，包括两个工作于电网电压负半周的快恢复二极管(D2、DP2)；一个限流电感(LP2)和一个限流电感(R2)；为限流回路提供直流偏置电流的三相不控整流桥(RCT2)，以及一个为三相不控整流桥提供交流输入的调压变压器(T2)；其中快恢复二极管(DP2)、限流电感(LP2)、限流电感(R2)和三相不控整流桥(RCT2)的直流输出端连接成一个直流偏置环，快恢复二极管(D2)与所述直流偏置环串接。
全文摘要
本发明涉及一种故障电流限制器，属电力设备技术领域。包括两个工作于电网电压正、负半周的限流单元，分别由两个快恢复二极管，一个限流电感和一个限流电阻和为限流回路提供直流偏置电流的三相不控整流桥以及一个为三相不控整流桥提供交流输入的调压变压器组成。本发明可根据不同的负荷容量，通过调节调压变压器的分接头来改变不控整流桥输出电压，从而改变限流回路的直流偏置电流，使得正常工作时的负荷电流不通过限流电感和电阻，而当发生短路故障时，短路电流将通过限流电感和电阻，从而限制短路电流。本发明不使用昂贵的可控电力电子器件，只需使用相对低廉二极管，因而成本大大降低，是一种很实用的故障电流限流装置。
文档编号H02H9/02GK1588740SQ20041008028
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月29日 优先权日2004年9月29日
发明者姜齐荣, 黄玮 申请人:清华大学