太阳城集团

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自触发式限流电抗器.pdf

摘要
申请专利号:

CN201510429535.5

申请日:

2015.07.21

公开号:

太阳城集团CN104992825A

公开日:

2015.10.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01F 29/10申请日:20150721|||公开
IPC分类号: H01F29/10; H01F27/24; H01F27/30; H02H9/02 主分类号: H01F29/10
申请人: 董清
发明人: 董清; 颜湘武
地址: 071003河北省保定市永华北大街496号5栋2单元401号
优先权:
专利代理机构: 石家庄冀科专利商标事务所有限公司13108 代理人: 李羡民; 达丽娜
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201510429535.5

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

2016.11.02|||2015.11.11|||2015.10.21

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团一种自触发式限流电抗器,包括构成磁路的铁芯、绕制在铁芯上匝数相同的两个绕组线圈以及用于改变磁路结构的磁路调整机构,所述铁芯包括成目字型结构设置的三个固定铁芯和两个可移动铁芯,两个绕组线圈串联连接且同向绕制在目字型铁芯的中间两根水平铁芯柱上;所述磁路调整机构通过改变两个可移动铁芯与三个固定铁芯之间的位置关系来改变铁芯的磁路结构。本发明通过利用短路电流产生的电磁力改变铁芯位置以实现改变磁通路径和改变绕组阻抗参数,达到限制短路电流的目的;具有结构简单、运行可靠、能够自动触发并可重复动作的特点。

权利要求书

权利要求书
1.  自触发式限流电抗器,其特征在于:包括构成磁路的铁芯、绕制在铁芯上匝数相同的两个绕组线圈以及用于改变磁路结构的磁路调整机构;所述铁芯包括成目字型结构设置的三个固定铁芯和两个可移动铁芯,两个绕组线圈串联连接且同向绕制在目字型铁芯的中间两根水平铁芯柱上;所述磁路调整机构通过改变两个可移动铁芯与三个固定铁芯之间的位置关系来改变铁芯的磁路结构;当电网不需要限制线路负载电流时,两个绕组线圈处于同一个闭合磁路中,闭合磁路中磁通为零,串入电网的阻抗值为零;当电网需要限制线路负载电流时,两个绕组线圈分别处于两个不同的闭合磁路中,每个闭合磁路的磁通量最大,串入电网的阻抗值为最大值。

2.  根据权利要求1所述的自触发式限流电抗器,其特征在于:所述三个固定铁芯包括第一铁芯(T1)、第二铁芯(T2)和第三铁芯(T3),第一铁芯(T1)由平行设置的四根水平铁芯柱和一根连接四根水平铁芯柱右端的竖直铁芯柱构成;第三铁芯(T3)为一竖直铁芯柱,第三铁芯(T3)位于第一铁芯(T1)的左侧,第三铁芯(T3)的底端与最下方水平铁芯柱的左端部连接;第二铁芯(T2)为一竖直铁芯柱,第二铁芯(T2)同轴设置在第三铁芯(T3)正上方,第二铁芯(T2)的中部连接第二水平铁芯柱的左端部;所述两个可移动铁芯包括上可移动铁芯(DT2)和下可移动铁芯(DT1),上可移动铁芯(DT2)连接或断开第二铁芯(T2)的顶端与最上方水平铁芯柱的左端部,下可移动铁芯(DT1)设置在第二铁芯(T2)的底端与第三铁芯(T3)的顶端之间,实现第二铁芯(T2)与第三水平铁芯柱的断开与连接以及第三铁芯(T3)与第三水平铁芯柱的断开与连接。

3.  根据权利要求2所述的自触发式限流电抗器,其特征在于:所述磁路调整机构包括电磁铁、电流互感器以及铰接在电磁铁底端的转动衔铁,电磁铁上绕制有感应绕组,感应绕组与电流互感器的二次绕组连接,所述转动衔铁的另一端和可移动铁芯之间通过杠杆连接。

4.  根据权利要求3所述自触发式限流电抗器,其特征在于:所述磁路调整机构设置有两套,第一磁路调整机构中的第一杠杆右端顶接上可移动铁芯(DT2)的下端面,第二磁路调整机构中的第二杠杆右端顶接下可移动铁芯(DT1)的下端面。

5.  根据权利要求3或4所述的自触发式限流电抗器,其特征在于:所述电磁铁为N型结构,N型电磁铁的左侧柱长度大于右侧柱长度;所述感应线圈绕制在N型电磁铁的左侧柱上,转动衔铁的一端铰接在左侧柱的底端,转动衔铁的另一端对应右侧柱设置。

说明书

说明书自触发式限流电抗器
技术领域
本发明涉及电力系统短路故障保护技术领域,特别是一种限流电抗器。
背景技术
随着交流输电网规模的扩大和电网输电容量的增加,交流输电网中发生短路故障的次数逐年增加,短路故障发生时,短路电流将会接近、甚至超过断路器的开断容量,造成短路电流水平超标,短路电流水平的超标已经成为目前危害电网安全运行的主要潜在问题。
常用限制交流输配电网中短路电流的措施主要有两种:一是改变电网运行方式,二是在电网中安装短路电流限流装置。第一种措施,需要调整电网的网架结构,合理制定电网的环网解列分区运行方式;然而由于电网的网架建设周期长且投资巨大,在供电资源紧张的情况下,降低电网短路电流水平的环网解列分区运行方式往往难以实现;而且环网解列分区的运行方式会导致局部电网供电可靠性和稳定性的下降。
对于在电网中安装使用短路电流限流装置的限流措施,目前应用到的限流装置主要有三类:普通串联限流电抗器、大容量高速开关与串联谐振型电抗器并联装置以及超导型故障电流限制装置。其中:普通串联限流电抗器是一个串联在电网中具有固定阻抗参数的电抗器,具有结构简单和安全可靠的特点,但是其固定的阻抗参数具有影响电网的潮流分布和增加无功损耗的缺点。对于采用大容量高速开关与串联谐振型电抗器并联装置的运行方式,在电网正常状态下,由电抗器和电容器相串联构成的电路运行在串联谐振状态,其总的阻抗为零;当电网中发生短路故障时,高速开关将电容器短路,将电抗器直接串联在电网中达到限制短路电流的作用;该方式具有电路结构设计简单的特点,但是具有在电网正常运行时电抗器的损耗大和开关动作不能重复使用的缺点。而对于超导型故障电流限制装置,由于制造成本高、运行费用高和控制方法复杂等因素,目前还处于试验研究状态,无法在现场广泛使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有交流电网中短路故障电流限制器的不足,提供一种结构简单、造价低廉、能够自动触发和快速改变阻抗参数的大功率限流器。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案如下。
自触发式限流电抗器,包括构成磁路的铁芯、绕制在铁芯上匝数相同的两个绕组线圈以及用于改变磁路结构的磁路调整机构;所述铁芯包括成目字型结构设置的三个固定铁芯和两个可移动铁芯,两个绕组线圈串联连接且同向绕制在目字型铁芯的中间两根水平铁芯柱上;所述磁路调整机构通过改变两个可移动铁芯与三个固定铁芯之间的位置关系来改变铁芯的磁路结构;当电网不需要限制线路负载电流时,两个绕组线圈处于同一个闭合磁路中,闭合磁路中磁通为零,串入电网的阻抗值为零;当电网需要限制线路负载电流时,两个绕组线圈分别处于两个不同的闭合磁路中,每个闭合磁路的磁通量最大,串入电网的阻抗值为最大值。
上述自触发式限流电抗器,所述三个固定铁芯包括第一铁芯、第二铁芯和第三铁芯,第一铁芯由平行设置的四根水平铁芯柱和一根连接四根水平铁芯柱右端的竖直铁芯柱构成;第三铁芯为一竖直铁芯柱,第三铁芯位于第一铁芯的左侧,第三铁芯的底端与最下方水平铁芯柱的左端部连接;第二铁芯为一竖直铁芯柱,第二铁芯同轴设置在第三铁芯正上方,第二铁芯的中部连接第二水平铁芯柱的左端部;所述两个可移动铁芯包括上可移动铁芯和下可移动铁芯,上可移动铁芯连接或断开第二铁芯的顶端与最上方水平铁芯柱的左端部,下可移动铁芯设置在第二铁芯的底端与第三铁芯的顶端之间,实现第二铁芯与第三水平铁芯柱的断开与连接以及第三铁芯与第三水平铁芯柱的断开与连接。
上述自触发式限流电抗器,所述磁路调整机构包括电磁铁、电流互感器以及铰接在电磁铁底端的转动衔铁,电磁铁上绕制有感应绕组,感应绕组与电流互感器的二次绕组连接,所述转动衔铁的另一端和可移动铁芯之间通过杠杆连接。
上述自触发式限流电抗器,所述磁路调整机构设置有两套,第一磁路调整机构中的第一杠杆右端顶接上可移动铁芯的下端面,第二磁路调整机构中的第二杠杆右端顶接下可移动铁芯的下端面。
上述自触发式限流电抗器,所述电磁铁为N型结构,N型电磁铁的左侧柱长度大于右侧柱长度;所述感应线圈绕制在N型电磁铁的左侧柱上,转动衔铁的一端铰接在左侧柱的底端,转动衔铁的另一端对应右侧柱设置。
由于采用了以上技术方案,本发明所取得技术进步如下。
本发明通过利用短路电流产生的电磁力改变铁芯位置以实现改变磁通路径和改变绕组阻抗参数,达到限制短路电流的目的;且控制回路与电网中的线路没有直接电的联系,不会对电网产生谐波的污染;具有结构简单、运行可靠、能够自动触发并可重复动作的特点,适合电网的重合闸操作。本发明简化了电网限流电抗器的结构,降低了制造成本,使设备运行维护费用降为零,可广泛应用于配电网、高压和超高压输电网中限制短路故障电流,以避免电网发生短路故障时短路电流水平超标的问题。
附图说明
图1为本发明的结构原理图;
图2为本发明在电网处于正常运行状态时的内部接线原理图;
图3为本发明在电网发生短路故障时的内部接线原理图。
图中各标号表示为:CTA1.第一电流互感器,CTA2.第二电流互感器,W1.第一绕组线圈,W2.第二绕组线圈,W3.第一感应绕组,W4.第二感应绕组,W5.第一电流互感器二次绕组,W6.第二电流互感器二次绕组,T1.第一铁芯,T2.第二铁芯, T3.第三铁芯,T4.第一电磁铁,T5.第二电磁铁,DT1.下可移动铁芯,DT2.上可移动铁芯,p1.第一杠杆,p2.第二杠杆,r1.第一转动衔铁,r2.第二转动衔铁,δ.间隙。
图中虚线为磁路。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行进一步详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
本发明提供了一种自触发式限流电抗器,包括铁芯、两个绕组线圈以及磁路调整机构;铁芯包括成目字型结构设置的三个固定铁芯和两个可移动铁芯,两个绕组线圈串联连接且同向绕制在目字型铁芯的中间两根水平铁芯柱上,当绕组线圈通电时,在铁芯上产生磁路。磁路调整机构通过改变两个可移动铁芯与三个固定铁芯之间的位置关系来改变铁芯的磁路结构;当电网不需要限制线路负载电流时,两个绕组线圈处于同一个闭合磁路中,闭合磁路中磁通为零,串入电网的阻抗值为零;当电网需要限制线路负载电流时,两个绕组线圈分别处于两个不同的闭合磁路中,每个闭合磁路的磁通量最大,串入电网的阻抗值为最大值。
铁芯的具体机构为:铁芯包括三个固定铁芯和两个可移动铁芯,三个固定铁芯和两个可移动铁芯成目字型结构设置。三个固定铁芯为第一铁芯T1、第二铁芯T2、第三铁芯T3,两个可移动铁芯为上可移动铁芯DT2和下可移动铁芯DT1。
第一铁芯T1由四根水平铁芯柱和一根竖直铁芯柱构成,四根水平铁芯柱自上而下平行设置,竖直铁芯柱连接四根水平铁芯柱的右端。第三铁芯T3为一竖直铁芯柱,第三铁芯T3位于第一铁芯T1的左侧,第三铁芯T3的底端与最下方水平铁芯柱的左端部连接。第二铁芯T2为一竖直铁芯柱,第二铁芯T2位于第三铁芯T3的正上方,第二铁芯T2的中部连接第二水平铁芯柱的左端部。
上可移动铁芯DT2设置在目字型铁芯的左上角,用于连接或断开第二铁芯T2的顶端与最上方水平铁芯柱的左端部。下可移动铁芯DT1设置在第二铁芯T2的底端与第三铁芯T3的顶端之间,用于实现第二铁芯T2与第三水平铁芯柱的断开与连接以及第三铁芯T3与第三水平铁芯柱的断开与连接。
两个绕组线圈包括第一绕组线圈W1和第二绕组线圈W2,两个绕组线圈匝数相同,第一绕组线圈W1和第二绕组线圈W2分别绕制在目字型铁芯的中间两根水平铁芯柱上;第一绕组线圈W1和第二绕组线圈W2同向绕制,并串联连接,即第一绕组线圈W1的f端连接第二绕组线圈W2的g端。
磁路调整机构用于改变铁芯的磁路结构,包括电磁铁、感应绕组、转动衔铁、电流互感器和杠杆,感应绕组绕制在电磁铁上,感应绕组与电流互感器的二次绕组连接。
本发明中共设置有两套磁路调整机构,第一磁路调整机构和第二磁路调整机构,第一磁路调整机构用于控制上可移动铁芯DT2在铁芯中的位置,第二磁路调整机构用于控制下可移动铁芯DT1在铁芯中的位置,以使铁芯根据电网补偿需求形成不同的磁路结构。
磁路调整机构中的电磁铁为N型结构,N型电磁铁的左侧柱长度大于右侧柱长度;感应线圈绕制在N型电磁铁的左侧柱上,转动衔铁的一端铰接在左侧柱的底端,转动衔铁的另一端对应右侧柱设置。
第一磁路调整机构包括第一电磁铁T4、第一感应绕组W3、第一转动衔铁r1、第一电流互感器CTA1和第一杠杆p1。
第一感应绕组W3绕制在N型第一电磁铁T4的左侧柱上,第一感应绕组W3的d5、d6端与第一电流互感器二次绕组W5的d1、d2端连接。第一转动衔铁r1的左端铰接在N型第一电磁铁T4左侧柱的底端,第一转动衔铁r1的右端对应N型第一电磁铁T4的右侧柱设置。
第一杠杆p1的左端设置在第一转动衔铁r1的下方,并与第一转动衔铁r1的底端面右端顶接;第一杠杆p1的右端设置在上可移动铁芯DT2的下方,并与上可移动铁芯DT2的底端面左端顶接;第一杠杆p1的支点固定在设备外壳上。
第二磁路调整机构包括第二电磁铁T5、第二感应绕组W4、第二转动衔铁r2、第二电流互感器CTA2和第二杠杆p2。
第二感应绕组W4绕制在N型第二电磁铁T5的左侧柱上,第二感应绕组W4的d7、d8端与第二电流互感器二次绕组W6的d3、d4端连接。第二转动衔铁r2的左端铰接在N型第二电磁铁T5左侧柱的底端,第二转动衔铁r2的右端对应N型第二电磁铁T5的右侧柱设置。
第二杠杆p2的左端设置在第二转动衔铁r2的下方,并与第二转动衔铁r2的底端面右端顶接;第二杠杆p2的右端设置在下可移动铁芯DT1的下方,并与下可移动铁芯DT1的底端面左端顶接;第二杠杆p2的支点固定在设备外壳上。
本发明在使用时,串联在三相交流电网的每一相线路中。在电网正常运行状态下,由于串联在三相线路中的两个匝数相同的绕组在初始闭合铁芯磁路中所产生的磁通大小相等且方向相反,使得闭合铁芯磁路中的磁通为零,导致两个绕组的阻抗为参数很小的漏抗,对电网基本没有影响;当电网中线路上发生短路故障时,利用电流互感器感应的短路电流所产生的巨大电磁力,自动触发改变串联在三相线路中绕组的初始磁路,并形成两个新的独立的闭合磁路,每个闭合磁路的磁通量最大,使得每个绕组的阻抗变为参数较大的电抗,达到限制短路电流的效果。
由于三相交流电网中的每相线路中所串联的该自触发式限流电抗器部分完全相同,因此下面以将本发明串接在A相中的部分为例,对本发明的工作原理进行详细说明。
如图1所示,电网中A相的进线接A1端,A1端接第一绕组线圈W1的e端,第一绕组线圈W1的f端接第二绕组线圈W2的g端,第二绕组线圈W2的h端经导线穿过第一电流互感器CTA1和第二电流互感器CTA2的铁芯后接电网A相的出线A2端,第一电流互感器二次绕组W5的d1端接第一感应绕组W3的d5端,第一电流互感器二次绕组W5的d2端接第一感应绕组W3的d6端;第二电流互感器二次绕组W6的d3端接第二感应绕组W4的d7端,第二电流互感器二次绕组W6的d4端接第二感应绕组W4的d8端。
当电网处于正常运行状态时,三相线路中的额定电流都比较小,且都小于额定电流,由于流入本发明中第一电流互感器CTA1和第二电流互感器CTA2的一次侧电流较小,第一电流互感器二次侧绕组W5和第二电流互感器二次侧绕组W6感应的电流较小,该感应电流流经第一感应绕组W3和第二感应绕组W4时,在第一电磁铁T4和第二电磁铁T5中产生的磁通也较小,无法产生足够大的吸力使第一转动衔铁r1和第二转动衔铁r2吸合;磁路调整机构分别利用两个衔铁的重力使得第一杠杆p1和第二杠杆p2维持平衡,支撑上可移动铁芯DT2和下可移动铁芯DT1处于较高位置,使得主磁路处于初始状态,即:下可移动铁芯DT1、第二铁芯T2和第一铁芯T1形成初始闭合磁路,如图2所示;同时使上可移动铁芯DT2与主磁路中的第二铁芯T2之间保持一定的间隙δ,下可移动铁芯DT1与主磁路中的第三铁芯T3之间保持一定的间隙δ;如图2所示。
由于匝数和绕向相同的第一绕组线圈W1和第二绕组线圈W2分别安置在此闭合磁路中的两个不同的水平铁芯柱上,第一绕组线圈W1和第二绕组线圈W2在该闭合磁路中所产生的磁通是相反的,并互相抵消,导致在第一绕组线圈W1和第二绕组线圈W2上不会产生感应电压,即绕组第一绕组线圈W1和第二绕组线圈W2的阻抗为阻值很小的漏抗,使得本发明在电网线路中的串联阻抗很小,对正常运行状态下的电网无功和功率分布都基本没有影响。
当电网中的线路上发生短路故障时,第一电流互感器二次绕组W5和第二电流互感器二次绕组W6感应的电流巨大,使得本发明中两个电流互感器的二次绕组感应足够大的电流,该感应电流分别在第一电磁铁T4和第二电磁铁T5中产生足够大的吸力,使得第一转动衔铁r1和第一电磁铁T4的右侧柱吸合,第二转动衔铁r2和第二电磁铁T5的右侧柱吸合,导致主磁路中的两个可移动铁芯失去底部支撑力,在重力作用下,下可移动铁芯DT1坠落在第三铁芯T3上,上可移动铁芯DT2坠落在第二铁芯T2上,构成了两个新的闭合磁路;如图3所示。同时之前由下可移动铁芯DT1、第二铁芯T2和第一铁芯T1构成的初始闭合磁路则被断开。
此时,第一绕组线圈W1和第二绕组线圈W2分别处于两个不同的新闭合磁路中,在两个绕组线圈上都会产生自感电压,使得第一绕组线圈W1和第二绕组线圈W2的阻抗值由很小的漏抗变成较大数值的自阻抗;该增加的自阻抗串联在线路中起到了限制短路电流的效果。
当电网中线路上的短路故障被切除时,由于线路中的电流减少到额定电流之下,使得自触发式电网串联限流电抗器中第一电流互感器二次绕组W5和第二电流互感器二次绕组W6中感应的电流减小,在两个电磁铁中产生的磁通也减小,导致电磁铁的吸力降低,无法维持转动衔铁的吸合状态;两个转动衔铁分别坠落,即第一转动衔铁r1的重力使得第一杠杆p1转动,将上可移动铁芯抬起;第二转动衔铁r2的重力使得第二杠杆p2转动,将下可移动铁芯抬起,从而使得主磁路中下可移动铁芯DT1和上可移动铁芯DT2分别向上移动并回到初始位置,也就是说主磁路恢复到初始状态。同时在短路故障期间形成的两个闭合磁路分别被断开,自触发式电网串联限流电抗器的阻抗参数也由故障期间的较大数值自动恢复到初始状态下很小的数值。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

关 键 词:
触发 限流 电抗
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