专利名称：一种故障电流限制器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力系统短路故障限流研究领域，特别是涉及一种基于高压开关预击穿原理的串联谐振型故障电流限制器。
背景技术：
随着我国电网规模的迅速发展，一些发达地区超高压(220kV及500kV)电网的短路电流水平日增，可达到60kA甚至80kA以上，不但使电网无高压断路器可以选用，也造成相关电力设备热效应和电动力效应过大，影响电网安全。由此带来的对通讯系统的电磁干扰以及跨步电压等问题也日益严重。在诸多限制短路电流的技术和措施中，故障电流限制器是一种重要设备。
在近期或中远期，超导型故障电流限制器由于技术上的不够成熟，可靠性尚需多方面的研究以及经济上花费太大等原因，目前尚难付诸实用，因而人们转而关注非超导型故障电流限制器，其中串联谐振型故障电流限制器在各项性能指标中明显居于首位。2003年美国IEEE的电力与能源期刊(IEEE Transactions on Power and Energy Magazine)在第5期的第26～30页，报道了电力电子式的串联谐振型故障电流限制器，采用高压大容量电力电子器件(如晶闸管等)作为电容器的短路设备，但这种限流器目前在设计和应用中具有结构复杂、需要增设极快速多重继电保护、运行可靠性较差、造价昂贵等缺点。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、运行可靠性高、价格低廉和技术经济性能好的基于高压开关预击穿原理的串联谐振型故障电流限制器。
本实用新型是通过以下方式实现的一种故障电流限制器，包括电容器、电感器，其特征是它还包括预击穿型高压开关、限流电感，电容器与电感器组成串联谐振电路，预击穿型高压开关与限流电感串联，串有限流电感的预击穿型高压开关作为电容器的短路元件。当系统突发短路产生的大电流通过故障电流限制器时，电容器上的电压将迅速上升，在短时内超过预击穿型高压开关触头间的击穿电压，引起触头间的击穿现象将电容器短路，从而打破正常工作条件下的串联谐振状态，实现对短路故障电流的抑制，同时预击穿型高压开关快速合闸，以免触头遭受强电流电弧较长时间烧损。预击穿型高压开关串联的限流电感用于限制预击穿电流。故障切除后，预击穿型高压开关即刻分闸，电路恢复谐振状态。
上述故障电流限制器，其特征是电容器并联的预击穿型高压开关的断口正常工作电压为6kV，断口击穿电压为12-18kV。
上述故障电流限制器，其特征是预击穿型高压开关的合、分闸操作，由通过预击穿电流控制的电磁铁自动完成；触头间隙击穿通流时，电磁铁产生吸力，使预击穿型高压开关迅速合闸；短路电流消失后，吸力减小，预击穿型高压开关自动分闸。
本实用新型的有益效果是不需电力电子器件及其控制设备，预击穿型高压开关可由一般负荷开关改进设计而成，无技术难点，因此具有结构简单、实施简便、价格便宜、可靠性高、无需另设继电保护等优点。
图1是本实用新型的电路原理和实施接线图。
图2是本实用新型实施例(单相220kV系统)的一个仿真试验电路图。
图3是仿真试验中电容器不装设预击穿型高压开关时突发短路的短路电流波形。
图4是仿真试验中电容器不装设预击穿型高压开关时突发短路的电容电压波形。
图5是仿真试验中电容器并联预击穿型高压开关后突发短路时的短路电流波形。
图中，1为电容器，2为电感器，3为预击穿型高压开关，4为限流电感，5为限流器等效电阻，6为220kV系统单相电压源，7为电源电阻，8为电源电感。
具体实施方式
以下结合附图给出本实用新型的一个最佳实施例。
本实用新型的实施接线按图1原理进行，其中电容器1为1072μF；电感器2为10mH；预击穿型高压开关3的断口正常工作电压为6kV，工频击穿电压范围为12-18kV；限流电感4为1mH。电容器1与电感器2组成串联谐振电路，串有限流电感4的预击穿型高压开关3作为电容器1的短路元件。
当系统突发短路产生的大电流通过故障电流限制器时，电容器上的电压将迅速上升，在短时内超过预击穿型高压开关3的击穿电压，引起触头间的击穿现象将电容器短路，从而打破正常工作条件下的串联谐振状态，实现对短路故障电流的抑制，同时预击穿型高压开关3的控制电磁铁自动完成合闸操作，以免触头遭受强电流电弧较长时间烧损。预击穿型高压开关3串联的限流电感4用于限制预击穿电流。故障切除后，预击穿型高压开关3的控制电磁铁自动完成分闸操作，电路恢复谐振状态。
图2为显示本实用新型实施例中(220kV系统)限流效果的一个仿真试验电路。其中限流器等效电阻5为0.225Ω；220kV系统单相电压源6为127kV；电源电阻7为0.225Ω；电源电感8为10mH。仿真试验分为两种情形(1)模拟电容器没有并联预击穿型高压开关3和限流电感4时系统突发短路的电流和电压波形。图3为短路电流波形，电流19kA/格，时间0.015s/格；图4为电容电压波形，电压87.5kV/格，时间0.01s/格。此时短路电流出现拍频现象，峰值近90kA；电容器上电压上升极快，在几个ms内即可达到几十kV。分析表明，无论短路相位如何，只要设计电容的短路装置在4-5ms内动作，短路电流有效值均可由40kA限制在20kA(相应的短路电流峰值为20kA×2.55＝51kA)以内，而且可以保护电容器不被击穿。这是设计预击穿型高压开关的基础所在。
(2)模拟电容器上并联预击穿型高压开关3和限流电感4后系统突发短路时的短路电流波形，其中并联的预击穿型高压开关3的断口击穿电压瞬时值为25kV。图5为短路电流波形，电流10kA/格，时间0.02s/格。此时短路电流(有效值)小于20kA，且无非周期分量，本实用新型表现为良好的限流特性。
本实用新型中预击穿型高压开关3需要特别设计，其性能参数和控制方式如下(1)断口正常工作电压6kV；(2)断口击穿工频电压12-18kV；(3)对地及相间额定电压220kV；(4)额定电流0A；(5)短时耐受电流峰值51kA；(6)3秒短时耐受电流20kA；(7)额定关合电流峰值25kA；(8)额定开断电流4kA；(9)分闸、合闸时间无特殊要求。
预击穿型高压开关3的合、分闸操作，由通过预击穿电流控制的电磁铁自动实现。触头间隙击穿通流时，电磁铁产生吸力，使预击穿型高压开关3自动合闸；短路电流消失后，吸力减小，预击穿型高压开关自动分闸。
权利要求1.一种故障电流限制器，包括电容器[1]、电感器[2]，其特征是它还包括预击穿型高压开关[3]、限流电感[4]，电容器[1]与电感器[2]组成串联谐振电路，预击穿型高压开关[3]与限流电感[4]串联，串有限流电感[4]的预击穿型高压开关[3]作为电容器[1]的短路元件。
2.根据权利要求1所述的故障电流限制器，其特征是电容器[1]并联的预击穿型高压开关[3]的断口正常工作电压为6kV，断口击穿电压为12-18kV。
3.根据权利要求1所述的故障电流限制器，其特征是预击穿型高压开关[3]的合、分闸操作，由通过预击穿电流的电磁铁自动控制。
专利摘要本实用新型涉及一种基于高压开关预击穿原理的串联谐振型故障电流限制器。本实用新型的特征是电容器与电感器组成串联谐振电路，预击穿型高压开关作为并联短路元件，开关串有限流电感。系统突发短路时引起电容器电压迅速上升并超过开关触头间的击穿电压，导致触头间击穿现象将电容器短路，打破串联谐振状态，实现对短路电流的抑制。本实用新型具有结构简单、占地面积小、实施简便、价格便宜、可靠性高、无需另设继电保护等优点。
文档编号H02H3/08GK2674738SQ20042003842
公开日2005年1月26日 申请日期2004年2月19日 优先权日2004年2月19日
发明者李庆民, 钱家骊, 关永刚, 刘卫东 申请人:山东大学