快速開關故障電流限制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明是有關于一種電流控制裝置，且特別是有關于一種故障電流限制器裝置和系統。
【背景技術】
[0002]故障電流限制器(FCL)用以提供保護，防止(例如)在輸電網絡和配電網路中的電流浪涌。在過去幾十年中已經研發了各種類型的FCL，包含超導故障電流限制器(SCFCL)、固態故障電流限制器(SSFCL)、電感故障電流限制器以及在所屬領域中所熟知的其它種類。實施FCL的供電系統可以包含用以為各種工業、商業和/或住宅電力負載發電并送電的發電、輸電以及配電網路。
[0003]故障電流是可能由系統中的故障(例如，短路)引起的電力系統中的異常電流。由于任何數的事件或故障，例如電源線或其它系統元件被惡劣的天氣(例如，閃電)破壞，可能在系統中出現故障電流。當出現此類故障時，在電路中可能暫態呈現大的負載。作為響應，網路向故障負載輸送大量電流(即，故障電流)。此電流的浪涌是不需要的，因為電流的浪涌可能破壞可以是(例如)網路自身或連接到網路上的設備的負載。正是關于這些以及其它考量，需要進行本發明的改良。

【發明內容】

[0004]提供此概述，以簡化形式引入下文在【具體實施方式】中進一步描述的概念選擇。此概述并不意圖確定所主張的標的物的關鍵或基本特征，也并不意圖被用作輔助確定所主張的標的物的范圍。
[0005]本發明提供一種使用機械保護構件促進故障電流保護的快速開關故障電流限制器。作為一實例，根據本發明的快速開關故障電流限制器(FSFCL)可以包含具有斷路器電觸點的斷路器、電耦合到斷路器電觸點上的線圈、以及機械耦合到斷路器電觸點上的柱塞，其中當高于閾值電平的電流流過線圈時，產生具有能移動柱塞的強度的磁場，柱塞的移動起作用以斷開斷路器中的觸點。
[0006]本發明提供一種電流限制器系統，所述電流限制器系統包括:快速開關故障電流限制器，所述快速開關故障電流限制器具有斷路器電觸點、電耦合到斷路器電觸點上的線圈、以及機械耦合到斷路器電觸點上的柱塞，其中當高于閾值電平的電流流過線圈時，產生具有能移動柱塞的強度的磁場，柱塞的移動起作用以斷開斷路器電觸點；電壓控制電抗器，所述電壓控制電抗器并聯連接到快速開關故障電流限制器上；以及瞬態過電壓控制電路，所述瞬態過電壓控制電路并聯連接到快速開關故障電流限制器和電壓控制電抗器上，其中當高于閾值電平的電流流過線圈時，電流轉移到電壓控制電抗器和瞬態過電壓控制電路上以限制整個系統的故障電流。
[0007]本發明提供一種快速開關故障電流限制系統，所述快速開關故障電流限制系統包括:快速開關，所述快速開關具有含電觸點的斷路器以及電耦合到斷路器電觸點上的線圈，其中快速開關產生磁場;柱塞，所述柱塞機械耦合到快速開關上；以及其中當高于閾值電平的電流流過快速開關時，產生通過快速開關產生的具有能移動柱塞的強度的磁場，柱塞的移動起作用以斷開斷路器中的觸點并且切斷流過快速開關的電流。
【附圖說明】
[0008]圖1描繪根據一實施例的快速開關故障電流限制(FSFCL)系統。
[0009]圖2描繪用于根據一實施例描述的FSFCL電路的電??Ε限制性能圖。
[0010]圖3描繪用于根據一實施例描述的具有用作快速斷流器的快速開關的FSFCL電路的電流限制性能圖。
[0011]圖4描繪根據一實施例的具有快速開關以及電壓控制電抗器(VCR)的FSFCL電路。
[0012]圖5描繪根據一實施例的具有快速開關但不具有電壓控制電抗器(VCR)的FSFCL電路。
[0013]圖6描繪根據一實施例的具有快速開關以及電壓控制電抗器(VCR)的另一FSFCL電路。
[0014]圖7描繪根據一實施例的具有快速開關、電壓控制電抗器(VCR)以及瞬態過電壓控制電路的另一FSFCL電路。
[0015]圖8Α到圖8Β描繪根據一實施例的快速開關。
[0016]圖8C描繪實例故障電流保護圖。
[0017]圖9描繪根據一實施例的另一快速開關。
[0018]圖10描繪故障的能量限制特征對比預期能量的圖。
[0019]圖11描繪故障的能量限制特征對比預期能量的另一圖。
[0020]圖12圖示根據本發明的實施例的固態故障電流限制器系統的操作方法。
[0021]圖13描繪根據本發明的實施例的具有繞芯卷繞的第一導電繞組和第二導電繞組的FCL電路。
【具體實施方式】
[0022]現將在下文中參考附圖更充分地描述各種實施例。本文所描述的實施例可以以許多不同形式體現并且不應被解釋為限于本文所闡述的實施例。相反，提供實施例是為了使得本發明將是透徹并且完整的，并且實施例將把本發明的范圍完整地傳達給所屬領域的技術人員。在以下描述中，出于解釋的目的，闡述許多特定細節以便提供對實施例的透徹理解。然而，顯而易見的是，可以在不具有特定細節的情況下實踐新穎的實施例。在其他情況下，熟知的結構和裝置以方塊圖形式示出以便于描述熟知的結構和裝置。目的是為了涵蓋符合所主張的標的物的所有修改、等效物以及替代方案。在圖式中，相同編號始終指代相同元件。
[0023]圖1繪示了在輸電和配電系統1000中實施的快速開關故障電流限制器(FSFCL)電路100。一般來說，FSFCL電路100可以經配置以保護在各種供電系統(例如，輸電、配電以及發電網路)中的各種電路和/或負載以免遭受短路故障電流。
[0024]電源101通過接口電路103以及電路斷路器105供電，接口電路103具有包括有功分量Rs和無功分量Xs的復阻抗Zs。輸電線106導向具有變電站的接口 107，變電站具有經配置以將傳輸線電壓步進到與電力負載121/123相容的電壓的變壓器109。變壓器109的輸出端可以耦合到斷路器111(例如，也可以是傳導裝置203和/或205的電路斷路器)以及FSFCL電路100 ASFCL電路100可以通過斷路器115(例如，電路斷路器)和匹配電路117、119耦合到電力負載121/123上。可以設置其它負載和匹配電路。可能存在短路故障125，并且若存在，將通過本文所描述的各種實施例的操作來隔離所述短路故障。
[0025]FSFCL電路100可以通過傳導裝置203和205串聯電連接到電源101以及一個或多個電力負載121、123上。在一個實施例中，電流傳感器150可以耦合到具有記憶體以及至少一個處理器裝置的控制器175上和/或與控制器175結合。控制器175或電流傳感器150任一者可以耦合到FSFCL電路100上。所屬領域的一般技術人員應了解，FSFCL電路100可以在各種其它應用以及電源系統組態中實施。因此，在圖1中描繪的特定電源系統借助于實例示出并且并不意圖為限制性的。
[0026]FSFCL電路100可以于其中并非極其需要對故障的第一峰值進行故障保護的應用中實現。例如，FSFCL電路100可以經配置以在故障條件出現時迅速(例如，在半個周期內)限制故障電流。在一些實例中，FSFCL電路100可以經配置以在不到一個周期內感測并且限制故障電流(例如，對于60Hz系統，<17ms，對于50HZ系統，<20ms或類似者)。將了解，電路斷路器可能需要花費3個以上周期來感測并且限制故障。因此，可以耐受第一峰值故障電流的系統可以尤其適合于使用FSFCL電路100的保護。
[0027]圖2繪示用于FSFCL電路100的示例性電流限制性能圖200。具體來說，圖2描繪了預期故障電流310對比受限制的故障電流曲線320(例如，如受FSFCL電路100限制的電流)。電流限制性能圖200圖示了介于-0.4pu直到Ipu范圍內的每單位(pu)電流對比以毫秒(ms)測量的介于Oms到1 Oms范圍內的時間。在大約16ms與19ms之間的預期故障電流的第一峰值325不受限制，然而，預期故障電流的其余部分降低了大約50%。
[0028]圖3繪示了用于具有用作快速斷流器的快速開關的FSFCL電路100的示例性電流限制性能圖300。具體來說，圖3描繪了預期故障電流曲線310對比受限制的故障電流曲線320(例如，如受FSFCL電路100限制的電流)。電流限制性能圖300圖示了介于-0.4pu直到Ipu范圍內的