專利名稱：自平衡電磁電子式故障電流限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力電器領(lǐng)域，具體涉及一種自平衡電磁電子式故障電流限制器，特別涉及一種于交流電源系統(tǒng)發(fā)生短路時有效限制故障電流的裝置。
背景技術(shù)：
由于短路故障對電力系統(tǒng)的危害極大，因此，國內(nèi)外專家學(xué)者紛紛通過各種途徑對各故障電流限制器進行研究。目前國內(nèi)已報道的故障電流限制器的種類繁多，包括隔離型、導(dǎo)通型、截止型、永磁偏置式等類型，比如實用新型專利“隔離型交流故障電流限制器”(發(fā)明人:黃瑞坤，申請?zhí)?201120034544.1)、實用新型專利“導(dǎo)通型交流故障電流限制器”(申請?zhí)?201120034548.X)、以及實用新型專利“截止型交流故障電流限制器”(發(fā)明人:黃瑞坤，申請?zhí)?201120034545.6)分別介紹了隔離型交流故障電流限制器、導(dǎo)通型交流故障電流限制器和截止型交流故障電流限制器。上述專利提到的故障電流限制器是通過不同的方式增加供電輸入系統(tǒng)的等效內(nèi)阻抗，進而達到限制故障電流的目的，讓電源系統(tǒng)的斷路裝置得以順利隔離短路故障，避免短路事故的影響區(qū)域擴大及長時間的停電。但是上述方案均需要采用熔斷器作為斷路裝置，一旦發(fā)生短路故障時，斷路裝置熔斷后在高電壓系統(tǒng)更換麻煩，造成應(yīng)用極其不方便。另外，斷路裝置(如熔斷器)對短路故障的反映較慢，這些方案甚至采用超過一個斷路裝置，有的方案在正常運行時在線路上產(chǎn)生較大阻抗，比如隔離型限流器與導(dǎo)通型限流器，導(dǎo)通型的方案還采用電容與電感器串聯(lián)的方法，同樣難以保證正常運行時的低阻抗匹配，特別在高壓系統(tǒng)采用高壓電容帶來可靠性及結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積大的問題，因此這些方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用不方便，可靠性不高。

實用新型內(nèi)容因此，針對上述的問題，`本實用新型提出一種自平衡電磁電子式故障電流限制器(下述簡稱為故障電流限制器)，采用電力電子開關(guān)元件替換現(xiàn)有方案中的熔斷器，另外，當(dāng)線路正常運行時該故障電流限制器對外不呈現(xiàn)阻抗，而當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，該故障電流限制器能夠迅速呈現(xiàn)較高阻抗以限制短路電流對線路及設(shè)備造成的危害，讓電源系統(tǒng)的斷路裝置得以順利隔離短路故障，避免短路事故的影響區(qū)域擴大及長時間的停電，從而解決現(xiàn)有技術(shù)之不足。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種自平衡電磁電子式故障電流限制器，包括限流單元和驅(qū)動單元；所述限流單元在發(fā)生故障電流時增加電抗值，并根據(jù)該電抗值限制上述故障電流；該限流單元包括電流互感器、電力電子開關(guān)元件和電阻R，所述電流互感器由電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯、第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3組成，第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3均繞制于電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯上,第一繞組Xl和第二繞組X2的匝數(shù)相同、繞制方向相反，第一繞組Xl的一端作為該故障電流限制器的進線端K1，第一繞組Xl的另一端和第二繞組X2的一端連接作為公共端K0，第二繞組X2的另一端作為出線端K2 ;第三繞組Χ3的兩端通過電阻R連接；所述電力電子開關(guān)元件的第一端連接公共端KO和驅(qū)動單元，電力電子開關(guān)元件的第二端連接出線端Κ2，電力電子開關(guān)元件的控制端連接驅(qū)動單元；所述驅(qū)動單元連接在所述限流單元的前端，當(dāng)流入故障電流時，該驅(qū)動單元驅(qū)動限流單元使其增加電抗值。作為一個可行的實例，所述電力電子開關(guān)元件包括可關(guān)斷晶閘管Gl和可關(guān)斷晶閘管G2，所述可關(guān)斷晶閘管Gl的陽極連接公共端Κ0、可關(guān)斷晶閘管G2的陰極和驅(qū)動單元的第一控制輸出端，可關(guān)斷晶閘管Gl的陰極連接出線端Κ2、可關(guān)斷晶閘管G2的陽極和驅(qū)動單元的第二控制輸出端，可關(guān)斷晶閘管Gl的控制端連接驅(qū)動單元的第三控制輸出端，可關(guān)斷晶閘管G2的控制端連接驅(qū)動單元的第四控制輸出端。作為另一個可行的實例，所述電力電子開關(guān)元件包括單向晶閘管G3和單向晶閘管G4，所述單向晶閘管G3的陽極連接公共端Κ0、單向晶閘管G4的陰極和驅(qū)動單元的第一控制輸出端，單向晶閘管G3的陰極連接出線端Κ2、單向晶閘管G4的陽極和驅(qū)動單元的第二控制輸出端，單向晶閘管G3的控制端連接驅(qū)動單元的第三控制輸出端，單向晶閘管G4的控制端連接驅(qū)動單元的第四控制輸出端。作為另一個可行的實例，所述電力電子開關(guān)元件包括雙向晶閘管G5，所述雙向晶閘管G5的陰極連接公共端KO和驅(qū)動單元的第一控制輸出端，雙向晶閘管G5的陽極連接出線端Κ2，雙向晶閘管G5的控制端連接驅(qū)動單元的第二控制輸出端。進一步具體的，所述電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯是矩形閉合鐵芯。進一步具體的，所述驅(qū)動單元是由單片機實現(xiàn)。電流互感器將信號送入該驅(qū)動單元，驅(qū)動單元進行處理判斷，然后驅(qū)動電力電子開關(guān)元件動作，使限流單元增加電抗值，進而實現(xiàn)限制故障電流。
本實用新型的工作原理如下:在電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯上繞有分為被記為第一繞組Xl、第二繞組Χ2和第三繞組Χ3的三個線圈，第一繞組Xl與第二繞組Χ2為串聯(lián)在主電路中的反向繞制的兩個繞組，第三繞組Χ3相當(dāng)于變壓器的副邊。故障電流限制器的驅(qū)動單元通過電流傳感器與電壓傳感器檢測線路的電流與電壓，當(dāng)線路正常運行時，由于第一繞組Xl與第二繞組Χ2匝數(shù)相等且繞向相反，因此電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯中的磁通量為零，兩繞組反電勢總和為零，對外幾乎不呈現(xiàn)阻抗；當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，驅(qū)動單元控制電力電子開關(guān)元件導(dǎo)通，并將第二繞組Χ2短接，電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯處于不飽和狀態(tài)，此時故障電流限制器表現(xiàn)為變壓器原理，在主電路中呈現(xiàn)出感抗，限制了短路電流，從而保護線路及設(shè)備。本實用新型將電磁原理與電力電子技術(shù)相結(jié)合，提出了自平衡電磁電子式故障限流器的概念，本故障電流限制器與現(xiàn)有技術(shù)中的正阻抗負(fù)阻抗及斷路裝置開斷的方案完全不同，具有如下優(yōu)點:I本故障電流限制器將三個繞組(第一繞組X1、第二繞組Χ2和第三繞組Χ3)集中繞制在一電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯上，且第一繞組Xl和第二繞組Χ2的阻數(shù)相同、繞制方向相反，使其在線路正常運行時對外呈現(xiàn)只有導(dǎo)線電阻的極低阻抗，而在短路故障發(fā)生后驅(qū)動單元通過電力電子開關(guān)元件呈現(xiàn)高阻抗以限制故障電流(例如短路電流)對設(shè)備造成的危害;2電力電子開關(guān)元件的快速動作保證在短路故障狀態(tài)下快速限流，限流效果顯著；在短路故障電流被限制后，驅(qū)動單元對斷路器發(fā)出分?jǐn)嘈盘?；在斷路器開斷電路后驅(qū)動單元關(guān)斷提供電力電子開關(guān)元件導(dǎo)通的控制信號，保證本故障電流限制器在故障排除后自動恢復(fù)運行與保護；3本故障電流限制器使用電流互感器和電力電子開關(guān)元件配合完成限流控制，其原理簡單，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，而且控制方便，正常運行能耗小，限流效果好，可靠性高。

圖1是本實用新型的實施例1的原理圖；圖2是本實用新型的實施例2的原理圖；圖3是本實用新型的實施例3的原理圖；圖4是本實用新型的應(yīng)用示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進一步說明。本實用新型的一種自平衡電磁電子式故障電流限制器，包括限流單元和驅(qū)動單元；所述限流單元在發(fā)生故障電流時增加電抗值，并根據(jù)該電抗值限制上述故障電流；所述驅(qū)動單元連接在所述限流單元的前端，當(dāng)流入故障電流時，該驅(qū)動單元驅(qū)動限流單元使其增加電抗值。實施例1 如圖1所示，限流單元包括電流互感器、可關(guān)斷晶閘管Gl和可關(guān)斷晶閘管G2和電阻R。所述電流互感器由電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯A、第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3組成,第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3均繞制于電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯A上,第一繞組Xl和第二繞組X2的匝數(shù)相同、繞制方向相反，第一繞組Xl的一端作為該故障電流限制器的進線端K1，第一繞組Xl的另一端和第二繞組X2的一端連接作為公共端K0，第二繞組X2的另一端作為出線端K2 ;第三繞組X3的兩端通過電阻R連接。所述可關(guān)斷晶閘管Gl的陽極連接公共端K0、可關(guān)斷晶閘管G2的陰極和驅(qū)動單元的第一控制輸出端(第4引腳)，可關(guān)斷晶閘管Gl的陰極連接出線端K2、可關(guān)斷晶閘管G2的陽極和驅(qū)動單元的第二控制輸出端(第I引腳)，可關(guān)斷晶閘管Gl的控制端Il連接驅(qū)動單元的第三控制輸出端(第2引腳)，可關(guān)斷晶閘管G2的控制端12連接驅(qū)動單元的第四控制輸出端(第3引腳)。實施例2如圖2所示，限流單元包括電流互感器、單向晶閘管G3和單向晶閘管G4和電阻R。所述電流互感器由電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯A、第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3組成,第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3均繞制于電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯A上,第一繞組Xl和第二繞組X2的匝數(shù)相同、繞制方向相反，第一繞組Xl的一端作為該故障電流限制器的進線端K1，第一繞組Xl的另一端和第二繞組X2的一端連接作為公共端K0，第二繞組X2的另一端作為出線端K2 ;第三繞組X3的兩端通過電阻R連接。所述單向晶閘管G3的陽極連接公共端K0、單向晶閘管G4的陰極和驅(qū)動單元的第一控制輸出端(第4引腳)，單向晶閘管G3的陰極連接出線端K2、單向晶閘管G4的陽極和驅(qū)動單元的第二控制輸出端(第I引腳)，單向晶閘管G3的控制端13連接驅(qū)動單元的第三控制輸出端(第2引腳)，單向晶閘管G4的控制端14連接驅(qū)動單元的第四控制輸出端(第3引腳)。實施例3如圖3所示，限流單元包括電流互感器、雙向晶閘管G5和電阻R。所述電流互感器由電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯A、第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3組成,第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3均繞制于電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯A上，第一繞組Xl和第二繞組X2的匝數(shù)相同、繞制方向相反，第一繞組Xl的一端作為該故障電流限制器的進線端K1，第一繞組Xl的另一端和第二繞組X2的一端連接作為公共端K0，第二繞組X2的另一端作為出線端K2 ;第三繞組X3的兩端通過電阻R連接。所述雙向晶閘管G5的陰極連接公共端KO和驅(qū)動單元的第一控制輸出端(第2引腳)，雙向晶閘管G5的陽極連接出線端K2，雙向晶閘管G5的控制端15連接驅(qū)動單元的第二控制輸出端(第I引腳)。上述實施例中，所述電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯A選用矩形閉合鐵心。另外，上述實施例中，驅(qū)動單元可由單片機實現(xiàn)。電流互感器將信號送入該驅(qū)動單元，驅(qū)動單元進行處理判斷，然后驅(qū)動電力電子開關(guān)元件動作，使限流單元增加電抗值，進而實現(xiàn)限制故障電流。本實用新型的工作原理如下:在電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯A上繞有分為被記為第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3的三個線圈，第一繞組Xl與第二繞組X2為串聯(lián)在主電路中的反向繞制的兩個繞組，第三繞組X3相當(dāng)于變壓器的副邊。故障電流限制器的驅(qū)動單元通過電流傳感器與電 壓傳感器檢測線路的電流與電壓，當(dāng)線路正常運行時，由于第一繞組Xl與第二繞組X2匝數(shù)相等且繞向相反，因此電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯A中的磁通量為零，兩繞組反電勢總和為零，對外幾乎不呈現(xiàn)阻抗；當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，驅(qū)動單元控制電力電子開關(guān)元件(可關(guān)斷晶閘管或者單向晶閘管或者雙向晶閘管)導(dǎo)通，并將第二繞組X2短接，電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯A處于不飽和狀態(tài)，此時故障電流限制器表現(xiàn)為變壓器原理，在主電路中呈現(xiàn)出感抗，限制了短路電流，從而保護線路及設(shè)備。本實用新型將電磁原理與電力電子技術(shù)相結(jié)合，使其在線路正常運行時對外呈現(xiàn)低阻抗，而在短路故障發(fā)生后呈現(xiàn)高阻抗以限制短路電流對設(shè)備造成的危害，具有原理簡單，控制方便，正常運行能耗小，限流效果好，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單等特點，可以應(yīng)用在配電網(wǎng)中。圖4是本實用新型的一個應(yīng)用實例示意圖，描述了本實用新型的故障電流限制器的應(yīng)用原理。如圖4所示，該電路系統(tǒng)包括本實用新型設(shè)計的自平衡電磁電子式故障限流器M (簡寫為故障電流限制器M)、線路電壓傳感器PT、線路電流傳感器CT、斷路器W以及主控計算機N。主電路進線端Z接到斷路器W的進線端，斷路器W的出線端與故障限流器M的進線端Kl相接，故障限流器M的出線端K2接到主電路的出線端Y。線路電壓傳感器PT的輸出端接到故障限流器M的驅(qū)動單元的電壓信號輸入端，線路電流傳感器CT的輸出端接到故障限流器M的驅(qū)動單元的電流信號輸入端，故障限流器M的驅(qū)動單元的信號輸入與輸出端分別接到主控計算機N的輸出與輸入端，故障限流器M的驅(qū)動單元的斷路信號輸出端與斷路器W的脫扣器相接。故障限流器M的驅(qū)動單元通過線路電流傳感器CT與線路電壓傳感器PT檢測線路的電流與電壓，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，故障限流器M表現(xiàn)為變壓器原理，在主電路中呈現(xiàn)出感抗，從而限制了短路電流，故障限流器M的驅(qū)動單元控制斷路器切斷主電路，進而實現(xiàn)對設(shè)備的保護。故障限流器M的驅(qū)動單元與主控計算機N可進行雙向通信。[0033]盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的 保護范圍。
權(quán)利要求1.一種自平衡電磁電子式故障電流限制器，其特征在于: 包括限流單元和驅(qū)動單元； 所述限流單元在發(fā)生故障電流時增加電抗值，并根據(jù)該電抗值限制上述故障電流；該限流單元包括電流互感器、電力電子開關(guān)元件和電阻R，所述電流互感器由電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯、第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3組成，第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3均繞制于電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯上,第一繞組Xl和第二繞組X2的阻數(shù)相同、繞制方向相反，第一繞組Xl的一端作為該故障電流限制器的進線端K1，第一繞組Xl的另一端和第二繞組X2的一端連接作為公共端K0，第二繞組X2的另一端作為出線端K2 ;第三繞組X3的兩端通過電阻R連接；所述電力電子開關(guān)元件的第一端連接公共端KO和驅(qū)動單元，電力電子開關(guān)元件的第二端連接出線端K2，電力電子開關(guān)元件的控制端連接驅(qū)動單元； 所述驅(qū)動單元連接在所述限流單元的前端，當(dāng)流入故障電流時，該驅(qū)動單元驅(qū)動限流單元使其增加電抗值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自平衡電磁電子式故障電流限制器，其特征在于:所述電力電子開關(guān)元件包括可關(guān)斷晶閘管Gl和可關(guān)斷晶閘管G2，所述可關(guān)斷晶閘管Gl的陽極連接公共端K0、可關(guān)斷晶閘管G2的陰極和驅(qū)動單元的第一控制輸出端，可關(guān)斷晶閘管Gl的陰極連接出線端K2、可關(guān)斷晶閘管G2的陽極和驅(qū)動單元的第二控制輸出端，可關(guān)斷晶閘管Gl的控制端連接驅(qū)動單元的第三控制輸出端，可關(guān)斷晶閘管G2的控制端連接驅(qū)動單元的第四控制輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自平衡電磁電子式故障電流限制器，其特征在于:所述電力電子開關(guān)元件包括單向晶閘管G3和單向晶閘管G4，所述單向晶閘管G3的陽極連接公共端K0、單向晶閘管G4的陰極和驅(qū)動單元的第一控制輸出端，單向晶閘管G3的陰極連接出線端K2、單向晶閘管G4的陽極和驅(qū)動單元的第二控制輸出端，單向晶閘管G3的控制端連接驅(qū)動單元的第三控制輸出端，單向晶閘管G4的控制端連接驅(qū)動單元的第四控制輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自平衡電磁電子式故障電流限制器，其特征在于:所述電力電子開關(guān)元件包括雙向晶閘管G5，所述雙向晶閘管G5的陰極連接公共端KO和驅(qū)動單元的第一控制輸出端，雙向晶閘管G5的陽極連接出線端K2，雙向晶閘管G5的控制端連接驅(qū)動單元的第二控制輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自平衡電磁電子式故障電流限制器，其特征在于:所述電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯是矩形閉合鐵芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自平衡電磁電子式故障電流限制器，其特征在于:所述驅(qū)動單元是由單片機實現(xiàn)。
專利摘要本實用新型屬于電力電器領(lǐng)域，具體涉及一種自平衡電磁電子式故障電流限制器，特別涉及一種于交流電源系統(tǒng)發(fā)生短路時有效限制故障電流的裝置。本實用新型的一種自平衡電磁電子式故障電流限制器，包括限流單元和驅(qū)動單元；所述限流單元在發(fā)生故障電流時增加電抗值，并根據(jù)該電抗值限制上述故障電流；該限流單元包括電流互感器、電力電子開關(guān)元件和電阻R，所述電流互感器由電器電磁系統(tǒng)閉合鐵芯、第一繞組X1、第二繞組X2和第三繞組X3組成。所述驅(qū)動單元連接在所述限流單元的前端，當(dāng)流入故障電流時，該驅(qū)動單元驅(qū)動限流單元使其增加電抗值。本實用新型具有原理簡單，控制方便，限流效果好，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單等特點，可以應(yīng)用在配電網(wǎng)中。
文檔編號H02H9/02GK203135428SQ20132010832
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者陳麗安, 陳志英, 趙晶 申請人:廈門理工學(xué)院