一种基于相变电阻的短路电流抑制装置的制作方法

本发明涉及一种基于相变电阻的短路电流抑制装置。

背景技术：

配电网是电力系统的重要组成部分，在整个电力系统中，配电网规模最大、分布最广且最具多样性，其优质可靠的持续供电，极大地影响用户的用电质量、社会经济协调发展与社会和谐。故障的发生破环电网的正常运行状态，其中影响最大的是各种短路故障。近年来，随着供电负荷的持续提高，电力系统逐渐改变了以往的孤立运行模式，且各大电网的紧密互联，使其短路电流也随之增大，从而对电网的安全稳定运行产生极大冲击，其中的电力设备也不可避免的受到损坏。

配电网短路故障的影响主要包括：

(1)对配电设备危害：主要是短路电流的热效应与电动力效应对配电设备带来的危害。较大的短路电流会使配电设备产生大量热量，当热量不能够及时得到外散时，设备可能会因温度过高而损坏甚至烧毁；此外，因短路电流过大，在配电设备中也会产生极强的电动力，从而对设备带来极大冲击损坏；

(2)过大的短路电流对断路器的分断不利；

(3)给用户造成损失：短路故障引起电压暂降，影响敏感负荷的用电连续性，给用户带来经济损失。

传统的限流器主要有：

(1)超导故障限流器：正常运行时电流小于超导临界电流，所以超导材料电压降接近于零，系统损耗也很小，当故障电流水平超过某一阈值时，短路电流由超导部分转移到非超导部分，热量的产生导致超导体处于失超状态，限流/通流单元迅速变为高阻抗状态，故障电流得以有效抑制，但是超导型故障限流器必须配备有大容量的冷却装置

(2)磁控型故障限流器：利用限流器铁芯的饱和与不饱和状态切换实现短路电流限制,传统绕组磁饱和型故障限流器稳态运行损耗值比较大，有可能影响输电线路的正常工作，且对直流偏置绕组的直流偏置能力要求较高。

(3)基于传统的快速开关设备的故障限流器：主要由快速开关和并联电抗器组成，通过快速开关闭合与关断直接控制并联电抗器的投切实现故障限流。该故障限流器仅有一快速开关和电抗器组成，结构简单，技术成熟、制造成本低，运行损耗接近于零，占地面积小；缺点是快速开关开断电流大，故障清除后无法迅速复位。

技术实现要素：

本发明所要的达到的目的就是提供一种基于相变电阻的短路电流抑制装置，当线路故障时能快速的增大相变电阻的电阻率，从而降低故障的电流水平。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于相变电阻的短路电流抑制装置，应用在配电线路中，配电线路包括电流互感器，包括串联在配电线路上的相变电阻，所述相变电阻包括相变层和设置在相变层两端的电极，所述电极上连接有触发相变层由晶态向非晶态的转变的脉冲信号，且所述脉冲信号的包络与配电线路的电流大小成正比，所述脉冲信号的占空比与配电线路的电流大小成反比。

优选的，当相变层转换成非晶态时，非晶态的相变电阻与晶态的相变电阻的电阻率比为4～5个数量级。

优选的，所述相变层由半导体合金锗锑蹄制备而成。

优选的，所述电极与相变层为一体式结构。

优选的，所述相变电阻还包括绝缘层，所述绝缘层套设在相变层上。

优选的，所述短路电流抑制装置还包括将正弦波信号转变成脉冲信号的激励电路，所述激励电路包括信号输入端和信号输出端，所述信号输入端与电流互感器相连，所述信号输出端与相变电阻相连，所述电流互感器的电流大小与配电线路中的电流大小成正比。

综上所述，本发明的优点：通过在配电线路上串联一个相变电阻，相变电阻包括相变层，由于相变层容易实现由晶态向非晶态转变，从而改变了相变电阻的电阻，从而改变了配电线路的电流，因此，不仅能有效的降低配电线路的短路水平，降低短路电流的热效应、电动力效应对配电设备带来的危害，而且能降低对断路器的分断能力要求，能在断路器切除故障回路前，降低了短路故障引起电压暂降程度，提高敏感负荷的用电连续性，给用户带来经济损失，其次，由于相变材料实现晶态向非晶态的转换的一种方法是熔融--骤冷，因此通过向相变层施加脉冲信号来触发相变层由晶态向非晶态的转变，由于脉冲信号能使相变层输送电流，而电流在短时间内产生大量焦耳热，局部温度迅速上升至相变层的熔点温度以上，从而使相变层融化，当脉冲结束后能快速的冷却，相变层没有足够的时间重新排列为长程有序的晶态，而是形成无序的非晶态，而且将所述脉冲信号的包络与配电线路的电流大小成正比，所述脉冲信号的占空比与配电线路的电流大小成反比，能根据配电线路的电流大小来控制脉冲信号的输出，当配电线路的电流在正常电流时，可向相变电阻输送幅度小且持续时间长的脉冲信号，当配电线路的电流增大时，向相变电阻输送幅度大且持续时间端的脉冲信号，能保证配电线路故障时能快速的触发相变层由晶态向非晶态的转变，另外，串联在配电线路上的相变电阻不会在配电线路的电流作用下而发生相变，保证了配电线路的正常运行，最后，将相变电阻设置成相变层和电极，能够降低故障电流限制器的制造成本，减小设备体积，可以与开关就地安装，极大的方便了电力系统进行升级改造，可以隔绝短路故障对供电侧的影响，避免了短路故障产生的一系列连锁故障，提高了配网运行的韧性。

本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

附图说明

下面结合附图对本发明进行进一步说明：

图1为本发明一种基于相变电阻的短路电流抑制装置的结构示意图；

图2为本发明中相变电阻的结构示意图；

图3为本发明中脉冲信号的包络与电流大小的结构示意图；

图4为本发明中脉冲信号的占空比与电流大小的结构示意图。

附图标记：

1配电线路、2电流互感器、3相变电阻、31相变层、32电极、33绝缘层、4激励电路。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，一种基于相变电阻的短路电流抑制装置，应用在配电线路1中，图1中箭头方向表示电流方向，配电线路包括电流互感器2，包括串联在配电线路1上的相变电阻3，所述相变电阻3包括相变层31和设置在相变层两端的电极32，所述电极上连接有触发相变层由晶态向非晶态的转变的脉冲信号，且所述脉冲信号的包络与配电线路的电流大小成正比，所述脉冲信号的占空比与配电线路的电流大小成反比。

通过在配电线路1上串联一个相变电阻3，相变电阻3包括相变层31，由于相变层31容易实现由晶态向非晶态转变，从而改变了相变电阻3的电阻，从而改变了配电线路1的电流，因此，不仅能有效的降低配电线路1的短路水平，降低短路电流的热效应、电动力效应对配电设备带来的危害，而且能降低对断路器的分断能力要求，能在断路器切除故障回路前，降低了短路故障引起电压暂降程度，提高敏感负荷的用电连续性，给用户带来经济损失，其次，由于相变材料实现晶态向非晶态的转换的一种方法是熔融--骤冷，因此通过向相变层31施加脉冲信号来触发相变层31由晶态向非晶态的转变，由于脉冲信号能使相变层31输送电流，而电流在短时间内产生大量焦耳热，局部温度迅速上升至相变层31的熔点温度以上，从而使相变层31融化，当脉冲结束后能快速的冷却，相变层31没有足够的时间重新排列为长程有序的晶态，而是形成无序的非晶态，而且将所述脉冲信号的包络与配电线路1的电流大小成正比，所述脉冲信号的占空比与配电线路1的电流大小成反比，能根据配电线路1的电流大小来控制脉冲信号的输出，当配电线路1的电流在正常电流时，可向相变电阻3输送幅度小且持续时间长的脉冲信号，当配电线路1的电流增大时，向相变电阻3输送幅度大且持续时间端的脉冲信号，能保证配电线路1故障时能快速的触发相变层31由晶态向非晶态的转变，另外，串联在配电线路1上的相变电阻3不会在配电线路1的电流作用下而发生相变，保证了配电线路1的正常运行，最后，将相变电阻3设置成相变层31和电极32，能够降低故障电流限制器的制造成本，减小设备体积，可以与开关就地安装，极大的方便了电力系统进行升级改造，可以隔绝短路故障对供电侧的影响，避免了短路故障产生的一系列连锁故障，提高了配网运行的韧性。

当相变层31转换成非晶态时，非晶态的相变电阻3与晶态的相变电阻3的电阻率比为4～5个数量级，能其能适应不同环境下的配电线路1，保证线路的正常运行，实用性能好，所述相变层31由半导体合金锗锑蹄制备而成，半导体合金锗锑蹄有利于相变层31的一体制备成型，简化了相变电阻3的结构，所述电极32与相变层31为一体式结构，能简化电极32与相变层31之间的安装工艺，提高电极32的固定质量，便于整个的加工，降低了整体的加工成本，所述相变电阻3还包括绝缘层33，所述绝缘层33套设在相变层31上，不仅能使相变电阻3具有良好的绝缘性能，而且能对相变层31起到一定的保护作用，避免相变层31暴露在空气中，提高了相变层31的使用寿命。

所述短路电流抑制装置还包括将正弦波信号转变成脉冲信号的激励电路4，所述激励电路4包括信号输入端和信号输出端，所述信号输入端与电流互感器2相连，所述信号输出端与相变电阻3相连，所述电流互感器2的电流大小与配电线路1中的电流大小成正比，本实施例中的激励电路4为现有技术，能实现将正弦波信号转变成脉冲信号的激励电路4即可，本实施例不做详细的说明，由于线路中的电流是50hz的交流电，不论是正常工作电流还是线路出现故障出现大电流，其电流的上升速度不足以在相变电阻3中积累足够的热量使得相变材料进入到非晶的高阻态，电流互感器2的电流大小与配电线路1中的电流大小成正比，使用时，当线路正常运行时，线路电流较小，激励电路4输出的信号是低幅值宽脉冲，这样的脉冲信号会让相变电阻3保持在晶态，在线路中呈现低电阻，对线路基本不产生影响，当线路出现故障，线路电流瞬间增加，电流互感器2的输出也相应的增加，此时激励电路4输出的信号是高幅值窄脉冲，这样的脉冲会让相变电阻3产生部分非晶化，持续输入多个这样的脉冲，非晶化的比例逐渐增加，相应的电阻也逐渐增加，从而降低线路故障电流的水平。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。