一种快速恢复型机械开关式故障限流器的制作方法

本发明涉及用于牵引变压系统电器开关设备领域，尤其是涉及一种快速恢复型机械开关式故障限流器。该限流器适用于牵引供电系统与电力系统中发生电流故障时的自动快速限流处理。

背景技术：

随着国民经济的迅速发展，牵引变压系统大容量供电系统随之得到了进一步发展，系统可耐受短路电流水平同时也在不断提高，在电力系统或牵引变电站出口处发生短路故障时，其最大可耐受短路电流可达100ka以上，而目前国内真空断路器的普遍开断电流为63ka以下，已远远高于断路器的断路能力，存在着极大的安全隐患。短路电流如果未被及时限制，将会对线路与变压器上的一次电气设备造成冲击，极端情况下会造成电气设备经不住首个周波的大电流冲击而毁坏。因此，作为牵引变压系统中短路电流的抑制的有效措施，快速恢复型机械开关式故障限流器的研究是十分有必要的，是发展日益成熟的牵引变压系统中的重要设备。从故障限流器的发展过程来看，各种故障限流器的基本原理大体一致，都是在牵引变压系统正常运行时，限流器表现为低阻抗，当线路发生电力故障时快速将限流电抗器投运入电路，抑制故障电流的突然增长，减轻一次设备的负担。当今主流的故障限流器有以下几类：超导材料组成的超导故障限流器，电力电子器件组成的固态限流器与串联谐振组成故障限流器，以及机械开关组成的节能型故障限流器。限流器虽然有种类繁多的结构，但其针对主要功能的要求均相同：工作时不会导致线路过电压、过电流或非正常运行等不利影响；具有自动检测故障后迅速触发和排除故障后迅速自动复位的功能；开关速度快的动作，有效的抑制电流等。超导型限流器造价高昂及技术未成熟，当下不适合普及应用；串联谐振型限流器和固态限流器是当下发展的热门领域，但固态限流器的控制开关无法耐受高电压，且工作效率较低，串联谐振型故障限流器也存在高成本和复杂的控制系统问题。

技术实现要素：

鉴于上述内容，本发明旨在提出一种快速恢复型机械开关式故障限流器，能够避免或解决上述问题。

为实现上述目标，本发明的设计方案如下：

提供一种快速恢复型机械开关式故障限流器，包括：电抗器、超高速真空机械开关、避雷器、高速开关控制单元、电流互感器、储能电容、直流电源、固态开关、互锁固态继电器。

所述采用fpga作为主控制器主要的控制单元，能够收到电流互感器检测来自线路中的实时电流幅值与实时相位信息，并加以判断处理，及时在故障发生时断开超高速机械开关。

进一步地，使用门极可关断晶闸管作为固态开关；

进一步地，晶闸管、盘式线圈与电容串联，主控制器控制开断晶闸管，进而电容对驱动线圈放电，产生极大的电流脉冲，实现超高速真空机械开关的高速开断。

进一步地，一个600v的直流电源向储能电容供电，直流电源、储能电容与二极管的串联回路作为充电回路，避免了电容向电源放电。

进一步地，所述绝缘机柜的绝缘防护等级为f级，并分为两个屏蔽室，将控制电路与开关电路分别安装在上下两个部分。

本发明所提出的一种快速恢复型机械开关式故障限流器，正常运行时，电磁斥力开关闭合，当主控制器检测到故障电流超过阈值时，储能电容1向电磁斥力开关分闸线圈供电，超高速机械开关断开，电抗器投运限制短路电流；并在电流的第一个大半波过零点通过储能电容2向合闸线圈供电，将机械开关快速闭合，电路恢复正常运行。

本发明的有益效果是：

(1)该限流器在发生线路短路故障或过电流时通过高速投入的限流电抗器，限流效果显著，根据现场测试，限流效果高达40％以上。

(2)该限流器的超高速真空机械开关采用可关断晶闸管控制，储能电容将产生的极大的电流脉冲，在保证超高速真空机械开关耐压性能较高的同时，也大大的将开关的响应速度提高，可靠性和可控性较高。

附图说明

图1是本发明一个具体实施例的电路原理图；

附图中各部件的标示说明如下：

101-避雷器；102-电抗器

103-超高速电磁斥力开关；201-电流互感器

202-控制单元；203-储能电容1

204-储能电容2；205-直流电源

206-互锁固态继电开关1207-继电器1

208-互锁固态继电开关2209-继电器2

301-绝缘机柜

具体实施方式

下面综合附图与实施实例对本发明做进一步解释，以对本发明的特点和优点更易于被该领域技术人员理解。

如图1所示，一种快速恢复型机械开关式故障限流器，包括避雷器101、电抗器102、超高速电磁斥力开关103、电流互感器201、控制单元202、储能电容1203、储能电容2204、直流电源205、互锁固态继电开关1206、继电器1207、互锁固态继电开关2208、继电器2209、绝缘机柜301；

所述避雷器101、电抗器102与超高速电磁斥力开关103构成并联回路，并与电流互感器201串联，由磁控开关控制限流电抗器的投运；所述一条支路储能电容1(203)限流和互锁固态继电开关1(206)并联，并与继电器1(207)串联，另一条支路储能电容2(204)限流和互锁固态继电开关2(208)并联，并与继电器2(209)串联，两条支路中的互锁固态继电器构成了互锁桥，其中直流电源205与上述互锁桥串联，从而为储能电容供电。控制单元202与电流互感器串联。

进一步的，所述绝缘机柜301防护等级为f级，并将快速恢复型机械开关式故障限流器分为上下两个部分。

进一步的，超高速电磁斥力开关包括真空灭弧室和磁控开关，真空灭弧室中真空绝缘灭弧特性能够在磁控开关快速分闸时，迅速熄灭电弧，防止开关关断失败。

本发明的一种快速恢复型机械开关式故障限流器的具体工作流程为：

线路中正常运行时，电磁斥力开关闭合，故障限流器中线路呈低阻抗；

在主控制器接收到电流互感器发出的过电流信号时，主控制器检测到电流幅值达到预设阈值时，判断线路发生短路故障，储能电容1向电磁斥力开关分闸线圈供电，超高速机械开关断开，电抗器投运限制短路电流；并在电流的第一个大半波过零点通过储能电容2向合闸线圈供电，将机械开关快速闭合，电路恢复正常运行。经现场实例测试，限流效果高达40％以上。

以上所述仅为本次发明的较佳实实例，并非用于限定本发明的专利范围，凡是使用本发明的技术基本方案基础上所作的等效拓扑结构或等效元件变换，均应包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种快速恢复型机械开关式故障限流器，其特征在于，包括：

包括电抗器、超高速真空机械开关、避雷器、高速开关控制单元、电流互感器、储能电容、直流电源、固态开关、互锁固态继电器；

所述限流电抗器与超高速真空机械开关并联，电流互感器由主控制器判断线路电流发生故障。

2.根据权利要求1所述的一种快速恢复型机械开关式故障限流器，其特征在于：所述门极可关断晶闸管作为固态开关，由主控制器进行开断控制。

3.根据权利要求1所述的一种快速恢复型机械开关式故障限流器，其特征在于。

4.根据权利要求1所述的一种快速恢复型机械开关式故障限流器，其特征在于：主控制器接收电流互感器检测到的线路的实时电流幅值与实时相位信息，并加以判断及动作，在发生故障时及时将电抗器投运至线路，并在电流首个大半波过零点将开关导通，从而恢复电路正常运行。

技术总结
本发明提供了一种快速恢复型机械开关式故障限流器，包括动作回路和检测及控制回路；动作回路包括电抗器、超高速真空机械开关、避雷器，其中主控制器控制超高速真空机械开关分合闸，且超高速真空机械开关的快速分合闸操作由双储能电容分别向分合闸线圈供电；正常运行时，电磁斥力开关闭合，当主控制器检测到故障电流超过阈值时，储能电容1向电磁斥力开关分闸线圈供电，超高速机械开关断开，电抗器投运限制短路电流；并在电流的第一个大半波过零点通过储能电容2向合闸线圈供电，将机械开关快速闭合，电路恢复正常运行。本发明所述的故障限流器效果明显，具有高可靠性、通流容量大、自动恢复、结构简单等优点，良好的保护了电力设备与供电质量。

技术研发人员：吕玉恒;赵建军;潘朝霞;柴峰;马春莲
受保护的技术使用者：吕玉恒;赵建军;潘朝霞;柴峰;马春莲
技术研发日：2019.07.22
技术公布日：2019.11.15