专利名称：并联电感限流断路器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力系统短路故障保护装置，特别涉及一种大容量 短路故障保护器件，以提高断路器的开断能力，保证其有效地切断故障 电流。
背景技术：
随着技术与经济的发展，电力系统正通过自身扩容和网际互联不断 扩大规模，输配电网络的系统容量及短路电流随之增大。短路电流增大， 给系统及用户带来的负面影响增加，对电力设备的电气与热稳定参数的 要求也就越高；短路容量增大还可能导致断路器不能及时有效地切断短 路电流，从而对电力设备造成不良影响。因此，为保证电力系统安全、 可靠和稳定运行，必须采取有效的措施限制短路电流的水平，以保证断 路器有效地切断故障电流。目前，限制电力系统短路电流的措施主要有:
(1) 提升电网电压等级，将下一级电网分层、分区运行。低电压等级 网络被分成若干区域，以辐射状接入更高一级的电网中，大容量的电厂 直接接入更高一级电网中，这样，原电压等级网络的短路电流将随之降 低。该措施可以有效抑制系统短路容量，但建造高一级电压的网络不仅 工程复杂、造价昂贵、降低了供电可靠性和运行灵活性，还会带来电磁 污染等问题。
(2) 多母线分列运行或母线分段运行。该措施可以大大减小短路容 量，能明显地限制短路电流的水平，但降低了供电可靠性、增加了线路 损耗，并非电网发展的趋势，在220KV及以上的高压网络一般不采用该 方式。(3) 采用熔断式保护器。该措施对切断短路电流起到积极作用，但其 反应速度较慢，不利于电网的稳态及暂态稳定，且对电网的瞬间电动力 没有任何抑制作用；此外，熔断式保护器一般是一次性的，给电网的维 护以及自动化带来不便。
(4) 采用大容量断路器。从现代电力系统及其技术发展来看，该方案 存在一定的局限性。 一方面，超大容量断路器在技术上存在相当的难度; 另一方面，系统短路电流和断路器设备遮断容量太大会加重并联设备的 技术要求，是不经济的。
(5) 采用限流电抗器。在超高压、长距离输电线路中，装设串联电 抗器用得较多，这等于增加了输电线路的距离，增大阻抗，从而限制短 路电流水平；此外，该措施补偿了线路电容电流的影响，有效地改善了 线路末端的电压水平。但该措施会增加网损、降低系统运行的稳定性。
此外，还有解列电网、采用直流输电技术(背靠背BTB)，增大发电 机、变压器等设备的阻抗等措施，均为通过改变网络结构或参数来降低 短路电流水平。以上措施在不同程度上限制了短路电流的水平，但它们 均存在着各自的缺陷和不足，或以另一种形式对电网产生了不利影响， 或技术上实现困难(大容量断路器)。为此，人们提出了故障限流器的概 念，该方案不改变系统的运行方式、网络结构与正常运行状态下的网络 参数，可以满足系统短路容量不断增大的要求，能有效地切断大容量的 故障电流。为此，人们对其展开了大量的研究工作。
发明内容
本实用新型提供一种并联电感限流断路器，目的在于克服现有断路 器开断能力之不足，提高其开断能力，使之有效地切断故障电流。
本实用新型的一种并联电感限流断路器，包括两个并联的线圈、与 线圈并联的保护电阻、与线圈串联的辅助断路器和主断路器，其特征在于
所述第一线圈与第二线圈的异名端相连，两个线圈并联，耦合系数 为l;第一线圈与第一保护电阻并联，再与辅助断路器串联；第二线圈与 第二保护电阻并联，再与主断路器串联；整个装置串联接入主系统，当 控制回路检测到主系统发生短路故障时，发出控制信号，先打开辅助断 路器，并联电感解_耦，故障电流被限制在一定水平，再打开主断路器， 完全切断故障电流。
所述的并联电感限流断路器，其特征在于所述并联的第一线圈与 第二线圈材料为超导材料。
所述的并联电感限流断路器，其特征在于所述主断路器或辅助断 路器为电力电子开关或者PWM变流器。
本实用新型利用无感耦合并联电感的分流来减小辅助断路器的幵断 容量，利用并联电感解耦后的限流来减小主断路器的开断容量，提高了 现有断路器的开断能力，使之可以切断大容量短路电流。系统正常运行 时，异名端相连的并联电感线圈通过无感耦合，使装置处于低损耗的待 命状态，系统电流由并联电感线圈共同分担；在系统发生短路故障时， 并联电感的分流减小了辅助断路器的开断容量，当辅助断路器打开后， 并联电感解耦，阻抗大大增加，故障电流得到有效限制，减小了主断路 器的开断容量，从而使之有效地切断故障电流。本实用新型中，辅助断 路器与主断路器采用分时开断策略，从而实现了利用无感耦合并联电感 的分流与解耦后的限流来分别减小它们的幵断容量，提高其开断能力。 本实用新型损耗很低，运行费用小，可以显著地提高现有断路器的开断 能力，使之有效地切断故障电流。
图1为本实用新型实施例应用于交流系统的电路示意图(单相)；
图2为应用本实用新型时，线路电流^与辅助断路器电流/，波形，横 坐标为时间(s)，纵坐标为电流(KA);
图3为应用本实用新型时，线路电流/5与主断路器电流/2的波形，横 坐标为时间(s)，纵坐标为电流(KA);
图4为应用本实用新型时，第一线圈Wl的电压"^与第二线圈W2 的电压"^波形，横坐标为时间(s)，纵坐标为电压(KV)。
具体实施方式
本实用新型包括并联的第一线圈W1与第二线圈W2，第一保护电阻 R1与第二保护电阻R2，辅助断路器S1与主断路器S2。整个装置串联接入 主系统，无感耦合的并联第一线圈W1与第二线圈W2的异名端相连，耦 合系数A-M/V^"，式中，M为互感，L,为第一线圈W1的自感，L2 为第二线圈W2的自感。
系统运行正常时，辅助断路器S1与主断路器S2均处于闭合状态，第 一线圈W1与第二线圈W2共同分担线路电流(IS=I,+I2)，无感耦合的并联 电感呈现的等效阻抗很小，几乎为0(、=(以2-M2)/"+Z2 + 2M) 0)，于 是电感上的电压降落也就很小，整个装置处于低损耗的待命状态。
当系统发生短路故障时，系统电流Is陡增，在辅助断路器S1动作之前， 无感耦合的第一线圈W1与第二线圈W2仍然是共同承担故障电流，但并 联电感的分流减小了辅助断路器S1的开断容量，提高了其开断能力，在 辅助断路器S1动作，并联电感的第一线圈W1被开断后，并联电感解耦， 阻抗大大增加，减小了主断路器S2的开断容量，提高了其开断能力，从 而保证其有效地切断故障电流。辅助断路器S1开断能力的提高是因为并联电感的分流，主断路器S2开断能力的提高是因为并联电感解耦后的限 流，而限流是依靠分时操作来实现的。
实施例如图l所示，电路的相关参数如下
理想电源(110KV系统)^-110V^/^sinwKV，工频y-50Hz; 并联线圈的自感Z1=Z2= 80.1m//; 并联线圈的互感M = 80w//;耦合系数A: = 0.9988; 保护电阻R1与R2: R1=R2=1000 Q; 输电线路阻抗= 4e= 2.26 +1.32Q; 负载视在功率《。^ = 50MF + 乂IOM var 。
图2 4所示为实施例应用于交流系统的波形图，在此为更好地观察 分流与限流效果，辅助断路器SI与主断路器S2的开断时间与实际相比 均有一定的延时。故障前系统处于正常运行状态，t-0.026s时，系统在负 载端发生接地短路故障，t=0.076s时，辅助断路器SI开断，t=0.116s时， 主断路器S2开断。
如图2所示，细实线表示系统电流^ ，粗虚线表示辅助断路器电流^ 。 系统正常运行时，电流峰值为1.08KA，短路期间，故障电流的瞬时峰值 最大达16.3KA (&16IN， lN为线路的额定电流)，若只使用一个断路器来 开断短路电流，则该断路器的开断容量至少需大于16KA，而由图可知， 由于并联电感的分流作用，流过辅助断路器S1的电流只有系统短路电流 的一半，故断路器的开断容量可以减小一半，其开断能力得到显著提高。
如图3所示，细实线表示系统电流/,，粗虚线表示主断路器电流/2。 在辅助断路器Sl开断、并联电感解耦之前，并联电感起分流作用 (4=^+^)，在辅助断路器S1开断，并联电感解耦之后(tX).08s)，系 统的故障电流全部由主断路器S2来承担(/5=/2)，但由于并联电感的解 耦，装置阻抗大大增加，进入限流状态，故障电流得到有效降低，峰值 最大只有3.6KA (&3.3IN)，故主断路器S2的开断容量可以大大降低，其开断能力得到显著提高，从而可以有效地完全切断故障电流。
图4所示为并联的第一线圈Wl与第二线圈W2两端的电压降落i^ 与 2，由图可知，在辅助断路器Sl开断之前，由于并联电感处于无感 耦合状态，其两端的电压降落几乎为0，故系统正常运行时装置的损耗很 低。辅助断路器S1开断之后，并联电感解耦，阻抗增大，第二线圈W2 成为系统的主要阻抗，故电感上的电压降落接近于系统电压。图中"^与 ^2总是反向，是因为并联线圈的异名端相连。
权利要求1.一种并联电感限流断路器，包括两个并联的线圈、与线圈并联的保护电阻、与线圈串联的辅助断路器和主断路器，其特征在于所述第一线圈与第二线圈的异名端相连，两个线圈并联，耦合系数为1；第一线圈与第一保护电阻并联，再与辅助断路器串联；第二线圈与第二保护电阻并联，再与主断路器串联；整个装置串联接入主系统，当控制回路检测到主系统发生短路故障时，发出控制信号，先打开辅助断路器，并联电感解耦，故障电流被限制在一定水平，再打开主断路器，完全切断故障电流。
2. 如权利要求1所述的并联电感限流断路器，其特征在于所述并 联的第一线圈与第二线圈材料为超导材料。
3. 如权利要求1或2所述的并联电感限流断路器，其特征在于所 述主断路器或辅助断路器为电力电子开关或者PWM变流器。
专利摘要并联电感限流断路器，属于电力系统短路故障保护装置，特别涉及一种大容量短路故障保护器件，目的在于克服现有断路器开断能力之不足，提高开断能力，有效切断故障电流。本实用新型包括并联线圈、保护电阻、辅助断路器和主断路器，第一、第二线圈的异名端相连，耦合系数为1；第一线圈与第一保护电阻并联，再与辅助断路器串联；第二线圈与第二保护电阻并联，再与主断路器串联；整个装置串联接入主系统，当控制回路检测到主系统发生短路故障时，发出控制信号，先打开辅助断路器，并联电感解耦，故障电流被限制在一定水平，再打开主断路器，完全切断故障电流。本实用新型损耗低，运行费用小，能显著提高断路器的开断能力，有效切断故障电流。
文档编号H02H9/02GK201130845SQ200720088898
公开日2008年10月8日 申请日期2007年12月10日 优先权日2007年12月10日
发明者唐跃进, 萌 宋, 晶 石, 磊 陈, 志 黎 申请人:华中科技大学