[发明专利]一种四绕组磁通约束型故障电流限制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种四绕组磁通约束型故障电流限制器，属于电力系统短路保护技术领域。

背景技术

随着电力系统的输送容量不断提升，电力系统的网络架构愈加复杂，电力系统各级电网中的短路电流水平不断增加。部分地区的短路容量已经达到甚至超过断路器的遮断容量，而大容量断路器受限于制造水平和高造价，故障电流过大已严重威胁到电力系统的安全稳定性。

故障电流限制器(Fault Current Limitation，FCL)，可以有效限制电网在故障状态下的暂态故障电流，在不改变电网架构的前提下，保持电网继电保护的可靠性和现有配置，提高电网的稳态安全性和暂态稳定性，是当前超高压电网建设中重要的电力装备之一。

故障电流限制器的工作机理为：在系统正常时呈现低阻抗，减小系统压降，降低对电网正常运行的影响到最小程度；在接地故障等异常发生时，呈现高阻抗，从而限制电网短路电流水平。故障电流限制器的主要优势有：1、减轻断路器的开断压力；2、减少线路损耗，改善系统功角稳定性；3、避免电力设备达到选型时的热稳定极限，提高利用率。

故障电流限制器当前比较成熟的类别有：谐振型故障电流限制器、超导故障电流限制器(中科院电工所)、磁控开关型故障电流限制器(上海交大)、新型固态限流器(浙江大学)。超导故障电流限制器反应速度快，损耗低，缺点是冷却系统昂贵、材料不稳定；固态限制器基于全控器件，具有快速限制和分段能力，但造价高、损耗大；谐振型故障限制器可实现自触发，但体积大、造价高。

公开号为：CN 103825262A，专利名称为：一种双回线用的故障电流限制器，采用了装于铁心柱的两耦合线圈的结构，可以一定程度实现故障电流的限制。但是，该技术方案也存在一些问题，主要在于：1)这种故障电流限制器只能是用于双回线(每一回线均为三相线路)，因此对于普通单回输电线路或电缆线路无法使用，且双回线路主要侧重于220KV或500KV的输电系统，应用范围较为局限；2)故障电流限制器仅可应对三相接地故障，对电网尤其是配电网中常见的单相接地故障难以起到效果；3)成本较高，双回线路的各自相均需要一个铁芯组成限制回路，因而三相共需3个铁芯，从而大大增加了成本。公开号为：CN104332977A，专利名称为：磁通约束型故障电流限制器，它采用装于铁心柱的三耦合线圈的结构，可以在发生短路故障时自动限制故障电流。但是该限流器的铁芯磁通不可控，在精确设计电抗器的阻抗百分数时比较困难。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种可应对单相接地故障且其铁芯磁通量可控的故障电流限制器，它适用于单回路的0～500kV输配电线路。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种四绕组磁通约束型故障电流限制器，包括作为故障电流限制器本体的变压器铁芯、三个交流绕组和一个直流励磁绕组；三个交流绕组分别以相同的方向卷绕在变压器铁芯上，且每个绕组各自接入电网的三相线路中的其中一相线路；所述直流励磁绕组也按相同方向均匀绕在变压器铁芯上，且由直流线路供电，用以控制变压器铁芯内磁通量(通过对直流绕组电流的控制使铁芯内磁通量可控)；当电网发生单向线路接地故障时，非故障相电流所产生的磁通量矢量和可以对故障相电流进行限制，从而确保故障相电流在断路器开断电流范围内，实现故障电流限制。通过控制直流绕组的电流量可有效控制铁芯内磁通量大小，从而改变故障电流限制器的对外电抗值。直流绕组的增加，降低了四绕组磁通约束型故障电流限制器的设计难度，并使铁芯内磁通量大小可控。

各相交流绕组的进线点和出线点还分别并联有旁路开关。旁路开关的作用有二：1)在故障电流限制器发生故障时，可以利用旁路开关将故障电流限制器切除；2)在发生单向线路接地故障后继电保护会将故障相线路切除，此时可以利用旁路开关将其余非故障相线路与故障电流限制器旁路，保证非故障相线路的功率平衡，从而维持非故障相线路的运行。

故障电流限制器安装于三相平衡的电缆线路或架空线路的首端、中部或末端。

各相交流绕组的变比为1：1：1。这可保证电网在正常运行时的电压和潮流平衡，以及铁芯柱内磁通和磁势的平衡。

上述直流励磁绕组均匀分布在铁芯上。

上述变压器铁芯为单相双柱式铁芯。