专利名称：一种电流互感器控制的短路电流限制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种电流互感器控制的短路电流限制器。
背景技术：
随着电力系统的不断发展，发电容量的不断上升，电力系统发生短路引起的短路电流很大。电力系统发生短路引起的短路电流对电力系统的危害是很大的。因此，减小短路电流，可减小电力设备在短路时的损害程度，提高电力系统的稳定性。近年来研究限制短路电流的方法与装置(也称短路电流限制器)成为热门课题。发明专利号为2003101235398的“超导饱和铁心故障限流器”提出了一种利用磁饱和电抗器铁芯的饱和特性构成电流限制器，这种故障限流器需要超导材料，价格贵，超导材料性能不稳定，维护设备复杂。发明专利号为2004100802846的“一种故障电流限制器” 也提出了一种利用磁饱和电抗器铁芯的饱和特性构成电流限制器，这种电流限制器的缺点是给直流线圈提供直流电流的电路复杂；限制短路电流的效果有限；只有限制短路电流作用，性价比不高，等等。发明专利号为2008101604501的“一种磁饱和电抗器短路电流限制装置”； 2008101592788的“短路电流限制装置及方法”;2010105753926的“具有柔性开关特性的电流限制装置及方法”；2011100018162的“一种三相电流限制装置及方法”；提出了各种各具特色的电流限制装置及方法。但是，这些装置的控制部分需要晶间管控制，可靠性不够高。 “一种三相电流限制装置及方法”提出了利用电流互感器的饱和特性来控制的短路电流限制器的方法，但短路电流限制器的特性还不够好。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种不需要晶闸管，安全性高，性能更好的利用电流互感器饱和特性控制的短路电流限制器。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种电流互感器控制的短路电流限制器，它包括由电抗线圈Ll和直流线圈L2组成的饱和电抗器，电抗线圈Ll与直流线圈L2通过饱和电抗器内部的闭环铁芯相互作用；由一次线圈L3和二次线圈L4组成的电流互感器I ；由一次线圈L5和二次线圈L6组成的电流互感器II ；电抗线圈Li、一次线圈L3、一次线圈L5串联，电抗线圈Ll与电流互感器II 一次线圈L5余下的端子作为装置的输入与输出端子；所述两电流互感器二次线圈相互并联后与全桥整流电路的两个输入端连接；整流电路输出端与直流线圈L2串行连接，并形成闭环。所述直流线圈L2两端还并联压敏电阻Rl和电容Cl。所述全桥整流电路由二极管D1-D4组成。所述电流互感器II的一次线圈L5流过的电流大于设计值时，电流互感器I、 II进入饱和状态，该设计值大于输电回路额定电流值；电流互感器I的饱和点大于电流互感器 II ；通等电压条件下，电流互感器I 一次线圈L3的励磁电流小于电流互感器II 一次线圈L5 的励磁电流；电流互感器I 二次线圈L4与一次线圈L3的匝数比值小于电流互感器II 二次线圈L6与一次线圈L5的匝数比值。本发明的有益效果是直流控制电路结构简单。直流控制电路的半导体器件只有二极管，装置安全、可靠。由两个电流互感器组成的电流互感器的控制特性优于单个电流互感器的控制特性。电力系统发生短路消除后，一种电流互感器控制的短路电流限制器自动恢复正常运行。一种电流互感器控制的短路电流限制器对于外部，只需要一个输入端和一个输出端，作为二端口元件使用，使用非常方便。一种电流互感器控制的短路电流限制器实际是二端口非线性元件，通过元件的电流小于额定值时，元件的电抗很小；通过元件的电流大于额定值时，元件的电抗值随着电流的增大而快速增大。
图1表示一种电流互感器控制的短路电流限制器的结构与连接方式。其中，1.电抗线圈端子I，2.电抗线圈端子II，3.直流线圈端子I，4.直流线圈端子II，5.饱和电抗器，6.电流互感器I 一次线圈端子Ι，7.电流互感器I 一次线圈端子 II，8.电流互感器I 二次线圈端子I，9.电流互感器I 二次线圈端子II，10.电流互感器I， 11.电流互感器II 一次线圈端子I，12.电流互感器II 一次线圈端子II，13.电流互感器 II 二次线圈端子I，14.电流互感器II 二次线圈端子II，15.电流互感器II。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。一种电流互感器控制的短路电流限制器如图1所示。包括由电抗线圈Ll和直流线圈L2组成的饱和电抗器5，电抗线圈Ll与直流线圈L2通过饱和电抗器5内部的闭环铁芯相互作用；由一次线圈L3和二次线圈L4组成的电流互感器IlO ；由一次线圈L5和二次线圈L6组成的电流互感器1115。电抗线圈Ll的电抗线圈端子112串接一次线圈L3的电流互感器I 一次线圈端子 16，一次线圈L3的电流互感器I 一次线圈端子117串接一次线圈L5的电流互感器II 一次线圈端子111 ；电抗线圈端子Il和电流互感器II 一次线圈端子1112作为装置的输入与输出端子；两电流互感器二次线圈的电流互感器I 二次线圈端子18、电流互感器II 二次线圈端子113以及电流互感器I 二次线圈端子119、电流互感器II 二次线圈端子1114相互并联后与全桥整流电路的两个输入端连接；全桥整流电路输出端与直流线圈L2的直流线圈端子13、直流线圈端子114串行连接，并形成闭环。饱和电抗器5有四个端子；电抗线圈端子11和电抗线圈端子112连接饱和电抗器 5内部电抗线圈Li，提供交流电流通路；直流线圈端子13和直流线圈端子114连接饱和电抗器5内部直流线圈L2，提供直流电流通路；电抗线圈Ll与直流线圈L2通过饱和电抗器5 内部的闭环铁芯相互作用；图1表示的一种可控饱和电抗器的结构与连接方式中的饱和电抗器5是示意图。
饱和电 抗器5中的电抗线圈Ll可以是多个线圈串、并联组成，饱和电抗器5中的直流线圈L2可以是多个线圈串、并联组成。这样，可使饱和电抗器5的电抗线圈Ll的交流电流对直流回路不产生影响。饱和电抗器5对外表现为两个交流电抗线圈端子Il和电抗线圈端子112，两个直流线圈端子13和直流线圈端子114。饱和电抗器5可选用发明专利号为2010105753926的“具有柔性开关特性的电流限制装置及方法”的饱和电抗器，也可选用发明专利号为2010105840411的“一种饱和电抗器”所表述的饱和电抗器，或选用其他型式的饱和电抗器。整流电路是由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的全桥整流电路； 所述直流线圈L2的两端分别并联有电容Cl和并联压敏电阻R1。当电力系统输送正常电流时，负荷电流流过饱和电抗器5、电流互感器110、电流互感器1115。电流互感器IlO和电流互感器1115的二次线圈L4、L6分别流出与负荷电流成比例的电流，该电流全部输入全桥整流电路，经全桥整流电路整流后给直流线圈L2提供直流电流；饱和电抗器铁芯处于设定的最大饱和状态；饱和电抗器5的电抗线圈Ll的电抗为装置的最小值。当电力系统发生短路时，短路电流增大。可以通过设计电流互感器1115的饱和点，使电流互感器I、II在短路电流时快速饱和，自动减小磁饱和电抗器直流线圈L2的电流，自动限制短路电流。电容Cl减小干扰脉冲，防止控制模块误触发晶闸管。压敏电阻Rl减小高压干扰脉冲，保护半导体器件。为了在电流互感器110、1115 —次线圈L3、L5通过较小的负荷电流时，二次线圈 L4、L6能输出较大的电流；电流互感器110、1115 一次线圈L3、L5通过较大的短路电流时， 使两电流互感器更加快速饱和，两电流互感器饱和后二次线圈L4、L6流出的电流较小。采用图1表示两个电流互感器一次线圈L3、L5串联，二次线圈L4、L6并联的方式。由于电流互感器IlO的二次线圈L4与一次线圈L3的匝数比值小于电流互感器 1115的二次线圈L6与一次线圈L5的匝数比值，所以，电流互感器IlO的二次线圈L4提供的电流大于电流互感器Π15的二次线圈L6提供的电流。由于饱和电抗器5的直流线圈L2 的电流由两个电流互感器的二次线圈L4、L6供电，每个电流互感器二次线圈的电流减小， 同等饱和特性条件下两电流互感器一次线圈L3、L5匝数和铁芯截面积可以减小。通等电压条件下，电流互感器IlO的一次线圈L3的励磁电流小于电流互感器1115的一次线圈L5的励磁电流；所以，当短路电流限制器通过较小的负荷电流时，首先由电流互感器IlO的二次线圈L4输出电流。所述电流互感器1115的一次线圈L5流过的电流大于设计值时，两电流互感器快速进入饱和状态，该设计值大于输电回路额定电流值；电流互感器IlO的饱和点大于电流互感器1115。由于电流互感器IlO与电流互感器1115的饱和特性不相同，其中一个比另一个先进入饱和状态。当电流互感器1115先进入饱和状态，饱和电流互感器1115 二次线圈L6的阻抗减小，未饱和电流互感器IlO 二次线圈L4的电流流入饱和电流互感器 1115 二次线圈L6，使饱和电流互感器1115更加饱和；流入饱和电抗器5的直流线圈L2的电流更加减小，使短路电流限制器限制短路电流作用更大。提高了短路电流限制器的性能。本发明的一种电流互感器控制的短路电流限制器可用现有技术设计制造，完全可以实现。有广阔应用前景。
权利要求
1.一种电流互感器控制的短路电流限制器，其特征是，它包括由电抗线圈Ll和直流线圈L2组成的饱和电抗器，电抗线圈Ll与直流线圈L2通过饱和电抗器内部的闭环铁芯相互作用；由一次线圈L3和二次线圈L4组成的电流互感器I ；由一次线圈L5和二次线圈L6 组成的电流互感器II ；电抗线圈Li、一次线圈L3、一次线圈L5串联，电抗线圈Ll与电流互感器II 一次线圈L5余下的端子作为装置的输入与输出端子；所述两电流互感器二次线圈相互并联后与全桥整流电路的两个输入端连接；全桥整流电路输出端与直流线圈L2串行连接，并形成闭环。
2.如权利要求1所述的电流互感器控制的短路电流限制器，其特征是，所述直流线圈 L2两端还并联压敏电阻Rl和电容Cl。
3.如权利要求1所述的电流互感器控制的短路电流限制器，其特征是，所述全桥整流电路由二极管D1-D4组成。
4.如权利要求1所述的电流互感器控制的短路电流限制器，其特征是，所述电流互感器II的一次线圈L5流过的电流大于设计值时，电流互感器I、II进入饱和状态，该设计值大于输电回路额定电流值；电流互感器I的饱和点大于电流互感器II ；通等电压条件下，电流互感器I 一次线圈L3的励磁电流小于电流互感器II 一次线圈L5的励磁电流；电流互感器I 二次线圈L4与一次线圈L3的匝数比值小于电流互感器II 二次线圈L6与一次线圈L5 的匝数比值。
全文摘要
本发明涉及一种电流互感器控制的短路电流限制器。它由电抗线圈L1和直流线圈L2组成的饱和电抗器，电抗线圈L1与直流线圈L2通过饱和电抗器内部的闭环铁芯相互作用；由一次线圈L3和二次线圈L4组成的电流互感器I；由一次线圈L5和二次线圈L6组成的电流互感器II；电抗线圈L1、电流互感器线圈L3、线圈L5串联，电抗线圈L1与电流互感器一次线圈余下的端子作为装置的输入与输出端子；两电流互感器二次线圈并联后与全桥整流电路的两个输入端连接；整流电路输出端与直流线圈L2串行连接，并形成闭环。所述直流线圈L2两端还并联压敏电阻R1和电容C1。
文档编号H02H9/02GK102157924SQ20111008682
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者李晓明 申请人:山东大学