专利名称：永磁式交流电抗器型限流器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交流电力系统中应用的短路故障限流器。
背景技术：
随着电力系统中电网容量的日益增大，系统的短路电流也在大大增强，短路故障 形成的短路电流已经成为危害电力系统安全运行的最突出的问题之一。目前电力系统限制 短路电流一般采用串联电抗器，或者在系统中串接大容量高速开关与电抗器并联装置，或 者采用新型短路故障限流器。传统的电抗器和高速开关装置都存在严重的缺陷限制了这两 种方式的应用。现有新型短路故障限流器克服了前两种限流装置的缺点，但仍存在一些不 足。1、超导型故障限流(SFCL)分为电阻型和电感超导型。电阻型在电流正常时，超导体处 在超导状态没有电阻。假使电流增加超过了临界电流，则超导体退出超导状态，具有高值电 阻与电网串联，从而限制短路电流。电感型在电流正常时，超导体环的电流去磁或者使铁芯 处于磁饱和状态，使此FCL的运行方式呈低阻抗(近乎漏磁电抗)。当电流增加超过临界电 流时，此超导体环进入高阻抗状态，从而起到限制短路电流的作用。超导限流器存在超导物 理材料和机械性能受局限，制造成本高，运行费用高等问题。2、PTC热敏电阻短路电流限制 器，是利用PTC热敏电阻非线性电阻在正常电流时，电阻温度较低具有阻抗小的特性，当短 路电流超过临界值后温度上升，电阻值增大从而达到限流目的。但存在恢复时间长，稳定性 差等缺点。3、固态开关型故障限流器主要有磁饱和型短路限流器、直流电抗器型短路电流 限制器。固态型故障限流器具有动作快、恢复时间短的优点。但现有的直流电抗器型短路 电流限制器存在结构复杂、控制不合理、谐波含量大、可靠性差等缺点。磁饱和型短路限流 器一般需要直流偏磁电源，同样存在着成本高，可靠性能差等问题。目前电力系统限制短路电流还常采用干式空心限流电抗器，该种电抗器体积较 大，对周围环境具有强大的电磁污染，对通讯及计算机系统干扰很大。为解决此问题，中国 专利03253037. 4提出了一种铁芯限流电抗器，铁芯主要由两个或三个心柱及上下铁轭组 成，心柱上套有绕组，各心柱的上下端分别与上下铁轭连接形成导磁通路，心柱上有两个绕 向相反的线圈连接组成，以抵消大部分磁通，来得到所需电感值。尽管该专利成功地解决了 电抗器的电磁污染，但是电抗器正常工作时，铁芯处于不饱和状态，无形中增大了功率的损 耗，使得系统的功耗增大，并且状态改变较慢，不能快速响应短路故障的发生，进一步限制 短路电流的增大。
实用新型内容本实用新型提供一种能够在系统正常运行时减少无功损耗、短路故障时快速响应 的永磁式电抗器型限流器。为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是一种永磁式交流电抗器型限流器，包括主要由包括中心柱和边柱的铁芯、上下铁 轭和套装在边柱上的交流绕组构成的电抗桥路，电抗桥路主要由铁芯、上下铁轭和交流绕组构成，所述铁芯包括中心柱和边柱，边柱上套装有交流绕组，交流绕组由两组交流线圈构成，所述中心柱内设置有永磁体，两组交流线圈同名端反向串联，构成永磁式交流电抗器型 限流器。应用于交流系统单相回路中。本实用新型的进一步改进在于所述边柱为两个以上对称设置，不同边柱上的交 流绕组的同名端两两反向串联，交流绕组由多组交流线圈构成，构成三相永磁式交流电抗 器型限流器。本实用新型的具体结构进一步限定为所述交流绕组在相对边柱产生的磁通方向 相反。本实用新型的具体结构进一步限定为所述各边柱的截面积相等，中心柱的截面 积大于或等于边柱截面积的总和。本实用新型的具体结构进一步改进在于所述永磁体为一块或一块以上。本实用新型所述永磁式交流电抗器型限流器串接于三相电力系统的单相电源和 负载之间，构成单相或三相永磁式交流电抗器型限流器；永磁式交流电抗器型限流器并联 在耦合变压器的副边、串接于电源和负载之间，构成单相或三相带耦合变压器的永磁式交 流电抗器型限流器。本实用新型应用于中、低压系统所述永磁式交流电抗器型限流器分别串接于三 相系统每一相电源和负载之间，构成三相永磁式交流电抗器型限流器。单相永磁式交流电 抗器型限流器应用于三相系统中，由三个单相永磁式交流电抗器型限流器分别串接于系统 每一相电源和负载之间。本实用新型应用于高压或超高压系统所述永磁式交流电抗器型限流器并联在耦 合变压器的副边，串接于电源和负载之间，构成带耦合变压器的永磁式交流电抗器型限流 器；永磁式交流电抗器型限流器应用于高压或超高压电网系统中，并联在单相耦合变压器 的副边，串接于单相电源和负载之间。三个带耦合变压器的永磁式交流电抗器型限流器分 别串接于三相系统每一相电源和负载之间，构成三相带耦合变压器的永磁式交流电抗器型 限流器，构成三相带耦合变压器的永磁式交流电抗器型限流器。上述三相永磁式交流电抗器型限流器应用于高压或超高压系统所述三相永磁式 交流电抗器型限流器分别连接在三个耦合变压器的副边，构成三相带耦合变压器的永磁式 交流电抗器型限流器。本实用新型的工作原理如下本实用新型由中心柱、边柱、上下铁轭以及套装在边柱上的交流绕组构成交流磁 场回路，由中心柱、边柱、上下铁轭以及中心柱上的永磁体构成偏置磁场回路。设置永磁体 所产生的偏磁场强度大于最大负荷电流Ie产生的磁场强度，二者相互抵消后，偏磁场仍可 以使边柱铁芯处于饱和状态。在系统正常运行时，负荷电流IL不大于最大负荷电流Ie。在负荷电流正半周期 间，电流方向由交流绕组L端流向N端，右边柱线圈磁场方向与永磁体偏磁场方向相同，相 互叠加后，使得右边柱铁芯饱和程度加剧；而左边柱线圈磁场方向与永磁体磁场方向相反， 相互抵消后，左边柱铁芯仍处于饱和状态，所以交流绕组整体感抗较小。同理，在负荷电流 负半周期间，电流方向由交流绕组N端流向L端，左边柱线圈磁场方向与永磁体偏磁场方向 相同，相互叠加，左边柱铁芯饱和度加剧；右边柱线圈磁场与永磁体偏磁场方向相反，相互抵消后，右边柱铁芯饱和程度降低，但仍处于饱和状态，所以交流绕组整体感抗较小。本实用新型在系统正常运行时交流绕组整体感抗较小，以减少电压损耗和无功损耗。当系统发生短路故障后，短路电流Id大于最大负荷电流Ie。在短路电流正半周期 间电流方向由交流绕组L端流向N端，右边柱线圈磁场与永磁体偏磁场方向相同，相互叠加 后，右边柱铁芯饱和程度加剧；而左边柱线圈磁场与永磁体偏磁场方向相反，相互抵消后， 左边柱铁芯退出饱和状态，从而使交流绕组整体电抗增大，起到限制短路电流的目的。同 理，在短路电流负半周期间，电流方向由交流绕组N端流向L端，左边柱线圈磁场与永磁体 偏磁场方向相同，相互叠加后，左边柱铁芯饱和度加剧；右边柱线圈磁场与永磁体偏磁场方 向相反，相互抵消后，右边柱铁芯退出饱和状态，右边柱线圈感抗增大，从而使得交流绕组 整体感抗增大。本实用新型在发生短路故障时交流绕组整体感抗迅速增大，瞬间改变线路 的阻抗参数，达到限制短路电流的目的。由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步在于本实用新型提出了一种新的限流控制方式，其结构简单，运行可靠。限流器铁芯的 导磁率与短路电流的大小紧密相关，因此当发生短路故障时，可以在短路电流的第一个峰 值之前改变阻抗参数以限制止短路电流的增长。交流绕组电抗参数的控制绕组中的电流来 自动控制，永磁体的设置可以使得铁芯在正常负荷电流时，总处于饱和状态，绕组感抗参数 较小；交流绕组中电流在相对边柱产生的磁通方向相反，在短路电流的任意时刻总存在一 绕组在永磁体的消磁作用下，保持较大的感抗参数。永磁体的设置可以代替直流偏磁电源 及偏磁绕组，使得限流器的结构得到简化，成本降低，可靠性增强。本实用新型可以应用在 不同的电力场所。各边柱的截面积相等和永磁体设置为多块有利于生产中实现，便于制造。
图1 本实用新型结构示意图及负荷电流产生磁场示意图。其中1.中心柱，2.左边柱，3.右边柱，4.永磁体，5.左线圈，6.右线圈，7.上下 铁轭。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型进行进一步详细的说明。图1为永磁式交流电抗器型限流器，包括电抗桥路，电抗桥路主要由交流绕组、铁 芯和上下铁轭7组成，铁芯包括中心柱1和左右边柱2、3，中心柱内设置有永磁体4，边柱上 套装有交流绕组，交流绕组由两组交流线圈5、6同名端反向串联构成，线圈分别套装在左、 右边柱2、3上。边柱2、3的截面积相等，中心柱1的截面积为左右边柱2、3截面积的总和。交流绕组、边柱、中间柱、上下铁轭及中置永磁体构成交流磁场回路和偏置磁场回 路。磁场方向如图1中所示κ 为左边柱线圈磁场方向，K2为右边柱线圈磁场方向，K为永 磁体偏磁场方向。当系统正常运行时，在负荷电流的正半周期间，电流方向为由L端流向N端，右边 柱线圈磁场方向与永磁体偏磁场方向相同，相互叠加后，使右边柱铁芯饱和度加剧。左边柱 线圈磁场方向与永磁体偏磁场方向相反，相互抵消后，使左边柱铁芯饱和度减小，但左边柱 铁芯仍处于饱和状态；同理，在负荷电流反向后，工作过程与上述过程反向。因此，在系统正常运行时交流绕组整体感抗较小，以减少电压损耗和无功损耗。 当系统发生短路故障时，短路电流Id大于最大负荷电流Ie，短路电流磁场与永磁 体4偏置磁场叠加后，使得一边柱铁芯饱和程度加剧。短路电流磁场与永磁体4偏置磁场 抵消后，使得另一边柱铁芯退出饱和状态，该边柱上的绕组感抗增大。因此，系统短路故障 时交流绕组整体感抗增大，可以限制暂态短路电流，也可以限制稳态短路电流。本实用新型应用到单相短路故障回路中，构成单相永磁式交流电抗器型限流器， 也可以是三个单相的永磁式交流电抗器型限流器分别接入三相系统中构成三相永磁式交 流电抗器型限流器；还可以将单相永磁式交流电抗器型限流器并联到耦合变压器的副边， 构成单相带耦合变压器的永磁式交流电抗器型限流器；也可以将三个永磁式交流电抗器型 限流器分别接到三个单相耦合变压器的副边构成三相带耦合变压器的永磁式交流电抗器 型限流器。本实用新型的具体结构不限于上述实施例，还可以是三相一体式的永磁式交流电 抗器型限流器，其中心柱上设置的永磁体可以为一个或多个，对称设置的边柱可以为两个 以上，边柱上套装有相应的交流线圈，交流线圈同名端交替设置成反向串联而成；中心柱的 截面积等于或者大于所有边柱截面积的总和。应用于中、低压系统中。在应用于高压或超 高系统中时，是将该装置接入三相系统的耦合变压器的副边，同样可以达到限制短路故障 电流的目的。
权利要求一种永磁式交流电抗器型限流器，包括主要由包括中心柱和边柱的铁芯、上下铁轭和套装在边柱上的交流绕组构成的串接于三相电力系统的单相电源和负载之间或者并联在耦合变压器的副边的电抗桥路，其特征在于所述中心柱内设置有永磁体，两组交流线圈同名端反向串联。
2.根据权利要求1所述的永磁式交流电抗器型限流器，其特征在于所述边柱为两个 以上对称设置，不同边柱上的交流绕组的同名端两两反向串联，构成三相永磁式交流电抗 器型限流器。
3.根据权利要求1或2所述的永磁式交流电抗器型限流器，其特征在于所述交流绕 组在相对边柱产生的磁通方向相反。
4.根据权利要求1或2所述的永磁式交流电抗器型限流器，其特征在于所述各边柱的 截面积相等，中心柱的截面积大于或等于边柱截面积的总和。
5.根据权利要求1或2所述的永磁式交流电抗器型限流器，其特征在于所述永磁体 为一块或一块以上。
专利摘要本实用新型公开了一种永磁式交流电抗器型限流器，包括电抗桥路和永磁体，电抗桥路主要由铁芯、上下铁轭和交流绕组构成，铁芯包括中心柱和边柱，边柱上套装有交流绕组，交流绕组由交流线圈同名端反向串联构成，永磁体设置于中心柱内。铁芯的边柱、中间柱、上下铁轭及中置永磁体构成交流磁场回路和偏置磁场回路。本实用新型结构简单，运行可靠；应用于交流系统中，在正常运行时可以有效减小无功损耗功耗和电压降，短路故障发生时能够快速响应，有效抑制短路电流。
文档编号H02H9/02GK201556934SQ200920254758
公开日2010年8月18日 申请日期2009年12月1日 优先权日2009年12月1日
发明者于云霞, 张旭辉, 王苏 申请人:河北旭辉电气股份有限公司