[发明专利]一种新型自能式液态金属限流器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气开关设备，适用于中低压领域限制交直流系统故障电流，特别涉及一种新型自能式液态金属限流器及方法。

背景技术

随着电力系统容量的逐年增加，电网短路容量和短路电流水平也在不断增长，目前这已成为制约电网运行和发展的一个重要问题。因此，研究有效的短路限流装置，以限制电力系统的短路容量，从而提高电力系统的运行可靠性，已成为目前我国电力系统安全稳定运行和电力建设、发展的迫切问题。到目前为止，应用于短路限流方面的技术主要有：串联限流电抗、固态短路故障限流、超导故障限流器、PTC电阻限流、或使用大容量断路器、限流熔断器等等。

串联限流电抗是以往用于限流的常规做法，但其在电网正常工作情况下，会不可避免消耗电能，造成不必要的经济损失。

固态短路故障限流技术是随电力电子技术快速发展的限流方式，主要由常规电抗器、电力电子器件(可控功率半导体器件)和控制器构成，其拓扑结构形式多样，如在文献“Solid-State Current Limiter for Power Distribution Syetem”中提到的，用快速动作的可关断晶体管(GTO)开关与一个阻抗并联而构成的故障电流限制器，就是在短路故障发生时，通过GTO的关断，使电抗器串入线路，从而快速改变故障电网的阻抗和感抗参数，将故障电流限制在较低的水平。但是由于大电流电力电子器件存在的固有损耗问题，使其在应用上受到限制。

超导故障限流器在20世纪80年代发现高温超导体以后而备受关注，其原理均为利用超导体S/N状态的转变来限流，如专利号为200610125194.3，专利名称为‘超导型混合限流开关’的专利固态开关和超导限流器串联后与电磁斥力式机械开关并联，在线路发生故障时，通过超导限流器的串入线路将电流限制在固态开关可分断的范围，并利用固态开关将短路电流开断。但是超导材料用于大功率场合方面的应用技术尚不成熟、可靠性差，同时由于超导体恢复到超导态时间较长，一般难以满足自动重合闸等方面的要求，还存在恢复时需要液氮等附属的冷媒及制冷设备，附加的损耗大等问题。

限流式熔断器是目前唯一商业化的故障电流限流器，利用熔断器的快速性可将短路电流在到达第一个峰值前强行限制，如专利号为200410025999.1，专利名称为‘大容量短路电流开断器’的专利用限流熔断器完成大过载电流和短路电流的开断，但是熔断器为单次动作，降低了系统运行的自动化水平，同时由于其自身起弧的时间较长，对于复杂结构的电网来说，牺牲了保护的选择性。

发明内容

针对背景技术中所述的短路限流技术的缺陷或不足，为了研究更加有效的可重复使用的自复型短路限流方法，减轻断路器等各种电气设备的负担，本发明目的在于，提出一种通过液态金属中燃弧时产生的气压推动压力抽板运动，并进一步挤压和拉长电弧，提高电弧电压从而提高限流能力的改进方法，该限流器能有效抑制短路故障电流。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种新型自能式液态金属限流器，其特征在于：

所述限流器至少包括两块绝缘挡板(4)，绝缘挡板上设有通流孔a(9)，绝缘挡板之间放置有可动绝缘抽板(5)，该可动绝缘抽板的两侧都设有通流孔b(9)；液态金属(6)则淹没于通流孔a(9)、通流孔b(8)的，液态金属(6)通过通流孔a(9)在绝缘挡板(4)两侧实现流通，通流孔a(9)、通流孔b(8)在系统电流正常时形成稳定的电流通道；

正常导通情况下，额定电流通过绝缘挡板和可动绝缘抽板的通流孔b和通流孔a中的液态金属进行流通；

当故障发生时，所述限流器利用液态金属自收缩效应快速起电弧(12)，部分液态金属在电弧(12)的作用下迅速气化并产生金属蒸气，可动绝缘抽板(5)在金属蒸气的作用下滑动，从而进一步挤压和拉长电弧(12)，提高电弧(12)电压，实现快速有效限流；

故障切除后，可动绝缘抽板能够恢复至初始位置，液态金属快速回流，限流器进入所述正常导通情况