本发明涉及电力系统送变电技术领域， 特别涉及一种具有柔性开关特性的电流限制装 置 及方法。

背景技术

随着电力系统的不断发展， 发电容量的不断上升， 电力系统发生短路引起的短路电流很 大。 电力系统发生短路引起的短路电流对电力系统 的危害是很大的。 继电保护装置在电力系 统发生短路时， 发出跳闸命令， 使断路器跳闸， 切断短路电流。 断路器切断短路电流的能力 有限制， 短路电流超过断路器最大切断电流值时， 断路器无法切断短路电流。 因此， 减小短 路电流， 使断路器能够切断短路电流， 可减小电力设备在短路时的损害程度， 提高电力系统 的稳定性。

近年来研究限制短路电流的方法与装置 （也称电流限制器） 成为热门课题。

利用超导材料构成电流限制器。 超导材料在流过正常负荷电流时， 呈现零电阻； 串联在 输电线路中的电流限制器对正常输电没有影响 。 当电力系统发生短路时， 超导材料流过很大 电流， 超导材料呈现大电阻； 串联在输电线路中的电流限制器对短路电流起 限制作用， 减小 短路电流。超导材料构成电流限制器的缺点是 ： 机构复杂、 价格昂贵、 超导材料技术不成熟、 超导材料呈观大电阻时的散热问题。

利用串联谐振原理构成电流限制器。 电感线圈与电容器串联谐振时， 呈现小电阻； 串联 在输电线路中的电流限制器对正常输电没有影 响。 当电力系统发生短路时， 控制模块测到短 路电流， 控制并联于电容器两端的阀晶闸管导通； 电容器失效； 串联在输电线路中的电感线 圈对短路电流起限制作用， 减小短路电流。 串联谐振原理构成电流限制器的缺点是： 必须体 积庞大的电容器组， 运行维护困难， 价格昂贵、 短路电流也不可能限制的很小。

' 利用磁饱和电抗器铁芯的饱和特性构成电流限 制器。 在磁饱和电抗器铁芯上增加一组直 流线圈， 电力系统正常运行时， 直流电源给直流线圈提供直流电流， 使磁饱和电抗器的铁芯 深度饱和。 磁饱和电抗器的铁芯深度饱和时， 磁饱和电抗器呈现小电抗； 串联在输电线路中 的电流限制器对正常输电没有影响。 当电力系统发生短路时， 控制模块切断直流线圈的直流 电流， 磁饱和电抗器的铁芯脱离饱和； 磁饱和电抗器呈现很大电抗。 串联在输电线路中的磁 饱和电抗器对短路电流起限制作用， 减小短路电流。现有磁饱和电抗器电流限制器 的缺点是: 给直流线圈提供直流电流的电路复杂； 限制短路电流的效果有限； 只有限制短路电流作用， 功能单一； 性价比不高； 等等。

现有电流限制器以单纯限制短路电流为主要目 的， 短路电流被限制的效果差，利用率低， 性价比差， 很难推广应用。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题， 提供一种具有柔性开关特性的电流限制装置及 方 法， 该控制设备发出切断命令时可减小正常负荷电 流和短路电流至几乎关断， 控制设备发出

确认本 开通命令时可接通正常负载， 用户可正常用电， 性价比高的电流限制装置及方法。

为实现上述目的， 本发明采用如下技术方案：

一种具有柔性开关特性的电流限制装置， 它包括： 一

磁饱和电抗器铁芯 I和磁饱和电抗器铁芯 Π, 在磁饱和电抗器铁芯 I上安装有磁饱和电 抗器线圈 L1和直流线圈 L2; 在磁饱和电抗器铁芯 II上安装有磁饱和电抗器线圈 L3和直流 线圈 L4; 其中磁饱和电抗器线圈 L1一端与磁饱和电抗器线圈 L3—端串联， 直流线圈 L2— 端与直流线圈 L4一端串联； 磁饱和电抗器线圈 L1另一端与输入端子连接；

一个由二极管组成的整流电路；整流电路的两 个输入端分别与磁饱和电抗器线圈 L3和输 出端子连接；整流电路输出端串联一个正向二 极管 D5后分别与直流线圈 L2和直流线圈 L4连 接；

一个晶闸管 D6; 晶闸管 D6与整流电路输出端并联；

一个控制电路， 其输入端与外部控制输入端子连接， 其输出端控制晶闸 D6导通或截断。 所述整流电路是由二极管 Dl、 D2、 D3、 D4组成的全桥整流电路； 该整流电路输出还并联 过电压保护模块 II。

所述磁饱和电抗器线圈 L1的同名端与输入端子连接， 磁饱和电抗器线圈 L1的异名端连 接磁饱和电抗器线圈 L3的同名端， 磁饱和电抗器线圈 L3的异名端与整流电路的一个输入端 连接， 整流电路的另一输入端与输出端子连接；

所述直流线圈 L2的同名端连接直流线圈 L4的同名端，直流线圈 L2的异名端与直流线圈 L4的异名端与输出端串联一个正向二极管 D5的整流电路输出端连接； 直流线圈 L2的异名端 与直流线圈 L4的异名端还分别并联有串联的电阻 R1和电容 Cl， 并联有串联的电阻 R2和二 极管 D7， 还并联过电压保护模块 I。

所述晶闸管 D6， 它的正极与整流电路的正极输出端连接， 它的负极与整流电路的负极输 出端连接； 它的控制端与控制模块连接。

所述磁饱和电抗器铁芯 I和磁饱和电抗器铁芯 II均为具有磁饱和特性的闭环结构。 所述磁饱和电抗器线圈 Ll、 L3匝数与结构相同， 且分别绕在磁饱和电抗器铁芯 I与 II 上； 所述直流线圈 L2、 L4匝数与结构相同， 直流线圈 L2绕在磁饱和电抗器铁芯 I上， 直流 线圈 L4绕在磁饱和电抗器铁芯 II上； 所述直流线圈 L2、 L4的匝数大于磁饱和电抗器线圈 Ll、 L3的匝数。

所述磁饱和电抗器线圈 Ll、 L3匝数， 与磁饱和电抗器铁芯 I与 II的铁芯截面积和铁芯 结构， 应满足： 具有柔性开关特性的电流限制装置工作电压的 1/2电压加在线圈 L1 (或 L3) 两端的条件下， 线圈 L1 (或 L3) 正好流过最大正常励磁电流。

所述输入端子 1接电源， 输出端子 2接输电回路。

一种具有柔性开关特性的电流限制装置的工作 方法， 它的方法为：

具有柔性开关特性的电流限制装置投入正常运 行的电力系统和接到开通命令时， 晶闸管 关断， 输电回路的电流经由二极管组成的全桥整流电 路整流后给磁饱和电抗器直流线圈 L2、 L4提供直流电流； 串联在输电回路中的磁饱和电抗器直流线圈 L2、 L4的电阻很小， 不会影 响负载的用电； 磁饱和电抗器直流线爵 L2、 L4中的直流电流随输电回路的电流变化而变化� �� 不论输电回路的负荷电流大小， 磁饱和电抗器铁芯始终处于饱和状态； 串联在输电回路中的 磁饱和电抗器线圈 Ll、 L3的电抗很小， 不会影响负载的用电；

当输电回路正常运行或发生短路故障， 控制电路如果接到限制电流命令， 控制电路给晶 闸管 D6发出导通命令； 晶闸管 D6导通后， 输电回路的电流经晶闸管 D6流通， 不再流经磁饱 和电抗器直流线圈 L2、 L4, 磁饱和电抗器直流线圈 L2、 L4中的直流电流下降为零， 磁饱和 电抗器铁芯 I和磁饱和电抗器铁芯 II脱离饱和状态；串联在输电回路中的磁饱和� ��抗器线圈 Ll、 L3的电抗变大； 加在电抗器线圈 L1与 L3两端的电压小于工作电压， 流过电抗器线圈 L1 与 L3的电流小于最大正常励磁电流， 输电回路几乎切断。

一种具有柔性开关特性的电流限制装置， 它包括： 由电抗线圈 L2- 1和直流线圈 L2-2组 成的饱和电抗器， 电抗线圈 L2-1作为交流电流通路， 直流线圈 L2-2作为直流电流通路， 电 抗线圈 L2- 1与直流线圈 L2-2通过饱和电抗器内部的闭环铁芯相互作用� �电抗线圈 L2- 1的一 端与全桥整流电路的一个输入端连接；电抗线 圈 L2- 1的另一端及全桥整流电路的另一输入端 与外部电路连接； 整流电路输出端与一个正向二极管 D2-7和直流线圈 L2- 2串行连接， 并形 成闭

在全桥整流电路的两输入端间反向并联两个晶 闸管 D2- 5和晶闸管 D2- 6; 两个反向并联 的晶闸管分别由各自的控制模块控制；

各控制模块有三个端子， 其中两个端子与所控晶闸管 D2- 5或晶闸管 D2- 6的正极和负极 连接， 第三个端子则与所控晶闸管 D2-5或晶闸管 D2-6的触发端连接；

所述直流线圈 L2- 2两端还并联压敏电阻 R2- 1和电容 C2-l。

所述两控制模块与晶闸管 D2- 5和晶闸管 D2- 6正、 负极连接的端子在正向电压小于设定 值时，与晶闸管 D2- 5和 D2- 6触发端连接的端子不发触发脉冲；当与晶闸� � D2- 5、晶闸管 D2-6 正、 负极连接的端子在正向电压大于设定值时， 与晶闸管 D2-5和晶闸管 D2- 6触发端连接的 端子发触发脉冲， 触发晶闸管 D2-5和晶闸管 D2-6导通。 一种具有柔性开关特性的电流限制装置， 它包括： 一个饱和电抗器， 饱和电抗器有四个 端子； 交流线圈组端子 I和交流线圈组端子 II连接饱和电抗器内部交流线圈组， 提供交流电 流通路； 直流线圈组端子 I和直流线圈组端子 II连接饱和电抗器内部直流线圈组， 提供直流 电流通路； 交流线圈组与直流线圈组通过饱和电抗器内部 的闭环铁芯相互作用；

一套全桥整流电路； 整流电路的两个输入端与饱和电抗器的交流线 圈组串行连接； 全桥 整流电路输出端与直流线圈组串行连接， 并形成直流环路；

在全桥整流电路的输入端之间反向并联晶闸管 D3- 5与晶闸管 D3-6; 两个反向并联的晶 闸管由控制模块控制；

所述直流线圈组端子 I和直流线圈组端子 II间并联电容 C3-l、 压敏电阻 R3- 1和大功率 稳压管 D3- 7;

控制模块有两个输入端子连接晶闸管 D3-5与晶闸管 D3- 6的两端，获得晶闸管 D3- 5与晶 闸管 D3- 6正极与负极之间的电压；控制模块另两个输� �端子通过电压互感器与交流线圈组的 两个端子连接， 获得交流线圈组两个端子之间的电压； 控制模块还有两个输出端子分别与晶 闸管 D3- 5、 晶闸管 D3- 6的触发端连接， 分别控制晶闸管 D3- 5、 晶闸管 D3- 6的导通状态； 控制模块在晶闸管 D3- 5两端正向电压瞬时值小于设定值时， 控制模块与晶闸管 D3-5触 发端连接的端子不发触发脉冲， 晶闸管 D3- 5截止； 在晶闸管 D3- 5两端正向电压瞬时值大于 设定值的时刻，控制模块与晶闸管 D3-5触发端连接的端子即刻发出一个触发脉冲� �使晶闸管 D3 - 5在该时刻正向导通， 直至反向电压到来后截止； 控制模块在晶闸管 D3- 6两端正向电压 瞬时值小于设定值时，控制模块与晶闸管 D3- 6触发端连接的端子不发触发脉冲，晶闸管 D3 - 6 截止； 在晶闸管 D3- 6两端正向电压瞬时值大于设定值的时刻， 控制模块与晶闸管 D3- 6触发 端连接的端子即刻发出一个触发脉冲， 使晶闸管 D3- 6在该时刻正向导通， 直至反向电压到来 后截止。

一种具有柔性开关特性的电流限制装置的限流 方法， 其特征是，

电力系统正常运行时， 输电回路电流给饱和电抗器直流线圈组提供直 流电流； 饱和电抗 器两侧铁芯处于饱和状态， 饱和电抗器交流线圈组对输电回路的阻抗很小 ， 不会影响负载的 用电；

当输电回路发生短路故障， 流过短路电流限制器的电流开始增大， 先执行晶闸管 D3- 5或 晶闸管 D3- 6两端正向电压瞬时值大于设定值作为控制模� �发出触发脉冲使晶闸管 D3-5或晶 闸管 D3- 6部分导通的第一判据，然后执行交流线圈组� �个输出端子之间的电压大于设定值作 为控制模块发出触发脉冲使晶闸管 D3- 5和晶闸管 D3-6全导通的第二判据， 根据输电线路自 动重合闸时间自动切断第二判据； 如果电力系统故障为瞬时性故障， 第一判据不动作， 电力 系统自动恢复正常运行； 如果电力系统故障为永久性故障， 第一判据仍然动作， 可靠性高的 短路电流限制器限制短路电流， 由电力系统继电保护装置有选择性地切除故障 。

所述控制模块在晶闸管 D3- 5两端正向电压瞬时值小于设定值时，控制模� �与晶闸管 D3-5 触发端连接的端子不发触发脉冲， 晶闸管 D3-5截止； 在晶闸管 D3-5两端正向电压瞬时值大 于设定值的时刻， 控制模块与晶闸管 D3-5触发端连接的端子即刻发出一个触发脉冲� � 使晶闸 管 D3- 5在该时刻正向导通，直至反向电压到来后截� �；然后进入下一个周波，如此反复进行; 控制模块在晶闸管 D3- 6两端正向电压瞬时值小于设定值时， 控制模块与晶闸管 D3-6触发端 连接的端子不发触发脉冲， 晶闸管 D3-6截止； 在晶闸管 D3- 6两端正向电压瞬时值大于设定 值的时刻，控制模块与晶闸管 D3- 6触发端连接的端子即刻发出一个触发脉冲，� �晶闸管 D3-6 在该时刻正向导通， 直至反向电压到来后截止； 然后进入下一个周波， 如此反复进行；

所述晶闸管 D3-5或晶闸管 D3- 6两端正向电压设定值为： 输电回路最大负荷电流通过饱 和电抗器时在全桥整流电路输入端产生的压降 ， 再乘以大于 1的可靠系数。

所述控制模块在晶闸管 D3-5或晶闸管 D3- 6两端电压瞬时值大于设定值的一段时间内， 又检测到交流线圈组两个端子之间的电压大于 设定值,控制模块发出触发脉冲，使晶闸管 D3-5 和晶闸管 D3- 6在交流线圈组两个端子之间的电压大于设定� �期间全导通；控制模块得到停止 指令， 停止发出触发脉冲；

所述交流线圈组两个输出端子之间的电压设定 值为： 输电回路额定电压乘以小于 1的可 靠系数。

本发明提供了提供一种控制设备发出切断命令 时可减小正常负荷电流和短路电流至几乎 关断， 控制设备发出开通命令时可接通正常负载， 用户可正常用电的电流限制装置及方法。

本发明的有益效果是： 电力系统的短路故障绝大多数是暂时性故障， 电流限制器把短路 电流减小至几乎关断后， 暂时性故障可消失； 不需要再发出跳开断路器的命令； 电流限制器 可进行自动重合闸， 恢复系统供电， 提高供电可靠性。 由于电流限制器的导通和关断由电力 电子器件执行， 其动作速度比断路器快， 可实现多次连续导通和关断操作， 这是断路器作不 到的。 电流限制器把短路电流减小至几乎关断后， 故障线路仍然带电， 这为暂时性故障和永 久性故障的判别提供方便， 如果故障是永久性的， 电流限制器不进行重合闸， 跳开断路器， 线路停电检修； 避免了以往自动重合闸重合于永久故障， 对电力系统的冲击。 具有柔性开关 特性的电流限制装置可用于频繁投切， 且不需要完全隔离的场合， 例如： 并联电容器的投切， 大型电动机的投切等。 具有柔性开关特性的电流限制装置用于投切超 高压输电线路， 可防止 操作过电压。 具有柔性开关特性的电流限制装置极大地扩大 了电流限制器的应用范围。

附图说明

图 1为实施例 1的表示具有柔性开关特性的电流限制装置结� �与连接方式；

图 2为实施例 1的表示磁饱和电抗器铁芯的饱和特性与最大� �常励磁电流的关系； 图 3为实施例 2的结构示意图；

图 4为实施例 3的结构示意图；

图 5为实施例 3的饱和电抗器的主体结构与连接方式图。

其中， 1. 输入端子， 2. 输出端子， 3. 磁饱和电抗器铁芯 I， 4. 磁饱和电抗器铁芯 II， 5.过电压保护器 I， 6. 过电压保护器 II， 7. 控制电路， 8. 外部控制输入端子；

2- 1. 电抗线圈端子 I, 2- 2. 电抗线圈端子 Π, 2-3. 直流线圈端子 I， 2-4. 直流线圈 端子 II, 2-5. 输出端子， 2-6. 饱和电抗器；

3- 1. 输入端子和交流线圈组端子 I， 3- 2. 交流线圈组端子 II， 3- 3. 直流线圈组端子 I, 3-4. 直流线圈组端子 II， 3-5. 输出端子， 3-6. 饱和电抗器， 3-7. 电压互感器， 3 8. 控 制模块， 3-9. 饱和电抗器铁芯。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明 。

实施例 1:

具有柔性开关特性的电流限制装置结构与连接 方式如图 1所示。装置串联接入输电线路， 输入端子 1接电源， 输出端子 2接输电回路。 具有柔性开关特性的电流限制装置投入正常运 行的电力系统和接到开通命令时， 控制电路 7发出命令使晶闸管 D6关断。 断路器闭合后， 具 有柔性开关特性的电流限制装置串联接入输电 回路， 电流经磁饱和电抗器线圈 Ll、 L3， 全桥 整流电路， 二极管 D5， 磁饱和电抗器的直流线圈 L2、 L4, 再回到全桥整流电路， 然后从输出 端子 2接输电线 （或负载）。 这时， 输电回路的电流经二极管 Dl、 D2、 D3、 D4组成的全桥整 流电路整流后给磁饱和电抗器的直流线圈 L2、 L4提供直流电流； 磁饱和电抗器直流线圈 L2、 L4对直流电的电抗为零， 磁饱和电抗器直流线圈 L2、 L4对直流电有电阻， 电阻很小； 加大 磁饱和电抗器直流线圈 L2、 L4的直径， 可进一步减小电阻。磁饱和电抗器直流线圈 L2、 L4 对于输电回路的阻抗很小。 输电回路的负荷电流小， 输电回路电流给磁饱和电抗器直流线圈 L2、 L4提供的直流电流就小； 输电回路的负荷电流大， 输电回路电流给磁饱和电抗器直流线 圈 L2、 L4提供的直流电流就大。 不论输电回路的负荷电流大小， 磁饱和电抗器铁芯 13、 114 始终处于饱和状态； 磁饱和电抗器铁芯 13、 114处于饱和状态， 磁饱和电抗器线圈 Ll、 L3对 输电回路的阻抗很小， 不会影响负载的用电。 由于直流线圈 L2、 L4中的直流电流有自我调 节能力， 负荷电流小时， 直流线圈 L2、 L4中的直流电流自动减小， 可减低电力系统正常运 行时的损耗。

直流线圈 L2、 L4的匝数大于磁饱和电抗器线圈 Ll、 L3的匝数， 以保证输电回路输入磁 饱和电抗器直流线圈 L2、 L4的直流电流值 / _rf 乘以直流线圈 L2匝数 N ₂ 安匝值 / _rf N ₂ 大于输 电回路负荷电流的峰值 乘以磁饱和电抗器线圈 L1匝数 N,的安匝值 ^N,。 与两磁饱和电抗器直流线圈并联的电容 C1 , 用以减小磁饱和电抗器直流线圈 L2、 L4 中直流电流的波动； 可吸收磁饱和电抗器直流线圈两端的窄脉冲过 电压。 与 C1 串联的电阻 R1 , 用于限制 C1的充电电流， 避免全桥整流电路的二极管 Dl、 D2、 D3、 D4导通时流过过大 充电电流。

当输电回路正常流过负荷电流时， 或电力系统发生短路时， 控制电路如果没有接到关断 命令， 电流没有受到限制。

当输电回路正常运行或发生短路故障， 控制电路如果接到限制电流命令， 控制电路给晶 闸管 D6发出导通命令； D6导通后， 全桥整流电路两端的电压下降为晶闸管 D6的管压降。 在 磁饱和电抗器直流线圈 L2、 L4中串联有二极管 D5，磁饱和电抗器直流线圈 L2、 L4中有电阻， 全桥整流电路两端的电压必须大于二极管 D5的管压降， 才能产生电流； 所以， 磁饱和电抗器 的直流线圈 L2、 L4失去电压， 直流电流下降为零； 磁饱和电抗器铁芯 13和磁饱和电抗器铁 芯 Π4脱离饱和状态， 串联在输电回路中的磁饱和电抗器线圈 Ll、 L3的电抗变大； 加在电抗 器线圈 L1与 L3两端的电压小于工作电压， 流过电抗器线圈 L1与 L3的电流小于最大正常励 磁电流， 输电回路几乎切断。

磁饱和电抗器的直流线圈是储能元件。 晶闸管 D6导通后， 磁饱和电抗器的直流线圈 L2、 L4中的直流电流不能马上降为零。 二极管 D7与串接的电阻 R2, 为其提供续流通路。 电阻 R2 消耗能量， 加快磁饱和电抗器的直流线圈 L2、 L4中的直流电流降为零。 电容 C1与串接的电 阻 Rl， 也可加快磁饱和电抗器的直流线圈 L2、 L4中的直流电流下降为零。 根据需要， 在与 磁饱和电抗器的直流线圈 L2、 L4串联的直流电流回路中还可以增加其他灭磁� ��置， 有许多现 有的灭磁装置可供选择， 也可发明更好的灭磁装置。加快磁饱和电抗器 的直流线圈 L2、 L4中 的直流电流下降为零， 即加快了具有柔性开关特性的电流限制装置限 流时间， 提高具有柔性 开关特性的电流限制装置的性能。

磁饱和电抗器的直流线圈 L2、 L4中的直流电流下降为零后， 流过电抗器线圈 L1与 L3的 电流小于最大正常励磁电流。 磁饱和电抗器铁芯的饱和特性与最大正常励磁 电流的关系如图

2所示。

磁饱和电抗器线圈 L1在磁饱和电抗器铁芯 13中产生工频磁通， 该工频磁通在直流线圈 L2产生感生电动势； 磁饱和电抗器线圈 L3在磁饱和电抗器铁芯 114中产生工频磁通， 该工 频磁通在直流线圈 L4产生感生电动势；直流线圈 L2的工频感生电动势与直流线圈 L4的工频 感生电动势相减为零， 磁饱和电抗器线圈 Ll、 L3的交流电流对直流回路不产生影响。

控制电路 7可以从外部控制输入端子 8接收继电保护的跳闸命令， 也可接收其他测控装 置的切断正常负荷电流命令。 也可接收测控装置的导通命令。

过电压保护器 15、 116用于各保护二极管、 晶闸管和有关元件。 过电压保护器的特性类 似稳压二极管。

晶闸管 D6可以是门极可关断晶闸管， 或集成门极换流晶闸管， 或其他可控制导通、 关断 的器件。

晶闸管 D6的作用是控制具有柔性开关特性的电流限制� ��置的导通与关断。 晶闸管 D6导 通时具有柔性开关特性的电流限制装置关断， 晶闸管 D6关断时具有柔性开关特性的电流限制 装置导通。 也可用双向导通晶闸管并联于二极管 Dl、 D2、 D3、 D4组成的全桥整流电路输入端 的方式， 控制具有柔性开关特性的电流限制装置的导通 与关断。 双向导通晶闸管导通时具有 柔性开关特性的电流限制装置关断， 双向导通晶闸管关断时具有柔性开关特性的电 流限制装 置导通。

为了使晶闸管 D6导通以后， 直流电流不流入磁饱和电抗器直流线圈， 二极管 D5可用多 只二极管正向串联。

二极管 D5还可以由晶闸管代替， 晶闸管 D6导通时晶闸管 D5关断， 晶闸管 D6关断时晶 闸管 D5导通。这样， 晶闸管 D5关断时， 可提高磁饱和电抗器的直流线圈 L2、 L4的灭磁效果。

磁饱和电抗器铁芯 I和磁饱和电抗器铁芯 Π均为具有饱和特性的闭环结构。典型的是口 字形结构， 也可圆形结构， 等。

所述具有柔性开关特性的电流限制装置的各部 件可用现有技术设计制造，完全可以实现。 有广阔应用前景。

实施例 2:

一种晶闸管控制的短路电流限制器如图 3所示。 饱和电抗器有四个端子； 电抗线圈端子 12-1和电抗线圈端子 II2-2连接饱和电抗器内部电抗线圈 L2-1 , 提供交流电流通路； 直流线 圈端子 12-3和直流线圈端子 112- 4连接饱和电抗器内部直流线圈 L2-2, 提供直流电流通路； 电抗线圈 L2- 1与直流线圈 L2- 2通过饱和电抗器内部的闭环铁芯相互作用； 图 3表示的一种 可控饱和电抗器的结构与连接方式中的饱和电 抗器 2-6是示意图。

饱和电抗器 2-6中的电抗线圈 L2-1可以是多个线圈串、并联组成，饱和电抗� � 2- 6中的 直流线圈 L2- 2可以是多个线圈串、 并联组成。 这样， 可使饱和电抗器 2-6的电抗线圈 L2-1 的交流电流对直流回路不产生影响。饱和电抗 器 2-6对外表现为两个交流电抗线圈端子 12 - 1 和电抗线圈端子 Π2-2, 两个直流线圈端子 12-3和直流线圈端子 112-4。 饱和电抗器 2-6可 选用发明专利号为： 2010105753926 的 "具有柔性开关特性的电流限制装置及方法"的� ��和 电抗器， 也可选用发明专利号为： 2010105840411 的 "一种饱和电抗器"所表述的饱和电抗 器， 或选用其他型式的饱和电抗器。

整流电路是由二极管 D2- 1、 二极管 D2- 2、 二极管 D2- 3、 二极管 D2- 4组成的全桥整流电 路； 所述直流线圈 L2-2的两端分别并联有饱和电抗器中的直流线� �两端并联电容 C2- 1和并 联压敏电阻 R2- 1。； 整流电路的两个输入端与饱和电抗器的电抗线 圈 L2-1串行连接于装置的 输入与输出端子 2-5; —对反向并联的晶闸管 D2-5和晶闸管 D2-6并联于全桥整流电路的输 入端。 反向并联的晶闸管 D2-5受控制模块 Ml控制， 晶闸管 D2- 6受控制模块 M2控制。 整流 电路输出端与一个正向二极管 D2-7和直流线圈 L2- 2串行连接， 并形成闭环；

控制模块有三个端子， 分别称为①号端子、②号端子、③号端子； 控制模块 Ml的①号端 子连接所控制的晶闸管 D2- 5的正极， 控制模块②号端子连接所控制的晶闸管 D2-5的负极， 控制模块③号端子连接所控制的晶闸管 D2-5的触发端子。

控制模块 M2的①号端子连接所控制的晶闸管 D2- 6的正极， 控制模块②号端子连接所控 制的晶闸管 D2-6的负极， 控制模块③号端子连接所控制的晶闸管 D2- 6的触发端子。

电抗线圈端子 12-1为装置输入端子，连接电力系统输电回路� �源侧，输出端子 2- 5接电 力系统输电回路负荷侧。

当电力系统输送正常电流时， 控制模块 Ml和控制模块 M2的①、 ②号端子正向电压小于 设定值时， ③号端子不发触发脉冲； 反向并联的晶闸管 D2- 5和晶闸管 D2-6处于截至状态， 流入可控饱和电抗器的交流电流不经过反向并 联的晶闸管 D2- 5和晶闸管 D2- 6流通， 全部输 入全桥整流电路，经全桥整流电路整流后给直 流线圈 L2- 2提供直流电流；饱和电抗器铁芯处 于设定的最大饱和状态； 饱和电抗器 2-6的电抗线圈 L2- 1的电抗为装置的最小值。

当电力系统发生短路时， 短路电流增大， ①、②号端子正向电压增大， 且大于设定值时， ③号端子发触发脉冲， 触发晶闸管导通。 晶闸管 D2- 5和晶闸管 D2- 6导通时， 全桥整流电路 输入端的正方向和反方向电压都被晶闸管 D2-5和晶闸管 D2- 6的正向导通电压所限制。 全桥 整流电路要给饱和电抗器直流线圈 L2- 2送电，全桥整流电路输入端的电压至少要大� �全桥整 流电路两个二极管的管压降， 再加上一个二极管 D2- 7的管压降。 可见， 流入可控饱和电抗器 的电流全部经晶闸管 D2- 5和晶闸管 D2-6流通， 不再流经饱和电抗器直流线圈 L2- 2, 饱和电 抗器直流线圈 L2-2中的电流下降为零， 饱和电抗器铁芯完全脱离饱和状态； 饱和电抗器的电 抗线圈 L2-1的电抗变为装置的最大值。 从而达到限制交流电流幅值的目的。 二极管 D2-7可 以采用二个以上的二极管串联， 增大管压降， 晶闸管 D2-5和晶闸管 D2- 6导通时减小流入直 流线圈的电流。

电容 C2- 1减小干扰脉冲， 防止控制模块误触发晶闸管。

压敏电阻 R2-1减小高压干扰脉冲， 保护半导体器件。 实施例 3:

一种晶闸管控制的短路电流限制器的结构与连 接方式如图 4、 图 5所示。 一种晶闸管控 制的短路电流限制器有一个饱和电抗器 3- 6, 饱和电抗器 3- 6有四个端子， 交流线圈组端子 13-1、 交流线圈组端子 113-2、 直流线圈组端子 13-3、 直流线圈组端子 Π3-4; 交流线圈组 端子 13- 1和交流线圈组端子 II3-2连接饱和电抗器内部交流线圈组， 提供交流电流通路； 直 流线圈组端子 13-3和直流线圈组端子 II3-4连接饱和电抗器内部直流线圈组，提供直� ��电流 通路； 交流线圈组与直流线圈组通过饱和电抗器内部 的闭环饱和电抗器铁芯 3-9相互作用； 一套由二极管 D3-l、 二极管 D3- 2、 二极管 D3-3、 二极管 D3- 4组成的全桥整流电路； 全桥整 流电路的两个输入端与饱和电抗器的交流线圈 组串行连接于装置的输入端子 （即交流线圈组 端子 13-1 )与输出端子 3-5; 全桥整流电路输出端与直流线圈组串行连接， 并形成直流环路; 在全桥整流电路的输入端之间反向并联晶闸管 D3-5和晶闸管 D3-6; 两个反向并联的晶闸管 由控制模块 3-8控制；控制模块 3-8有两个输入端子连接晶闸管 D3- 5和晶闸管 D3- 6的两端， 获得晶闸管 D3-5和晶闸管 D3- 6正极和负极之间的电压； 控制模块 3-8的两个输入端子通过 电压互感器 3-7与交流线圈组的两个端子 （交流线圈组端子 13-1、 交流线圈组端子 113- 2) 连接， 获得交流线圈组两个端子之间的电压； 控制模块 3-8还有两个输出端子分别与晶闸管 D3-5、 晶闸管 D3-6的触发端连接， 分别控制晶闸管 D3-5、 晶闸管 D3- 6的导通状态。

图 4所示饱和电抗器 3-6为示意图， 可以实现饱和电抗器 3-6功能的饱和电抗器种类很 多， 在专利文件公开的有： 一种磁饱和电抗器 （专利号 2010105840411 ); —种饱和电抗器主 体（专利号 2011100207304); —种更优性能的饱和电抗器（专利号 2011100409541 ); 图 5表 示其中一种饱和电抗器的主体结构与连接方式 ， 其工作原理这里不再累赘。 所述直流线圈组两端（直流线圈组端子 13-1、直流线圈组端子 Π3- 2)还并联电容 C3-l、 压敏电阻 R3- 1和大功率稳压管 D3- 7。 工作原理为普通知识， 这里不再累赘。

当一种晶闸管控制的短路电流限制器投入正常 运行的电力系统时， 输电回路电流给饱和 电抗器直流线圈 L3-2、 L3- 5提供直流电流。饱和电抗器两侧铁芯始终处� �饱和状态， 饱和电 抗器交流线圈 L3-l、 L3- 4对输电回路的阻抗很小， 不会影响负载的用电。

当输电回路发生短路故障， 流过短路电流限制器的电流开始增大， 控制模块 3-8检测到 电力系统短路发生， 立即给晶闸管 D3- 5、 D3- 6发出导通命令； 晶闸管 D3-5、 D3- 6导通后， 全桥整流电路两端的电压下降为晶闸管 D3- 5、 D3-6的管压降。饱和电抗器的直流线圈中的直 流电流下降； 饱和电抗器两侧铁芯脱离饱和状态， 串联在输电回路中的饱和电抗器交流线圈 L3-K L3-4的电抗快速变大，交流线圈 L3-1与 L3- 4两端的电压快速增大。流过交流线圈 L3 - 1 与 L3- 4的电流被限制。

为了提高综合性能， 本发明采取先执行晶闸管 D3-5或晶闸管 D3-6两端正向电压瞬时值 大于设定值作为控制模块 3-8发出触发脉冲使晶闸管 D3- 5和晶闸管 D3- 6部分导通的第一判 据， 然后执行交流线圈组两个输出端子之间的电压 大于设定值作为控制模块 3-8发出触发脉 冲使晶闸管 D3-5和晶闸管 D3-6全导通的第二判据， 根据输电线路自动重合闸时间自动切断 第二判据； 如果电力系统故障为瞬时性故障， 第一判据不动作， 电力系统自动恢复正常运行; 如果电力系统故障为永久性故障， 第一判据仍然动作， 可靠性高的短路电流限制器限制短路 电流， 由电力系统继电保护装置有选择性地切除故障 。

控制模块 3-8在晶闸管 D3- 5两端正向电压瞬时值小于设定值时，控制模� � 3-8与晶闸管 D3-5触发端连接的端子不发触发脉冲， 晶闸管 D3- 5截止； 在晶闸管 D3- 5两端正向电压瞬时 值大于设定值的时刻，控制模块 3- 8与晶闸管 D3- 5触发端连接的端子即刻发出一个触发脉冲， 使晶闸管 D3- 5在该时刻正向导通， 直至反向电压到来后截止。然后进入下一个周 波， 如此反 复进行。控制模块 3-8在晶闸管 D3-6两端正向电压瞬时值小于设定值时，控制� �块 3- 8与晶 闸管 D3- 6触发端连接的端子不发触发脉冲， 晶闸管 D3- 6截止；在晶闸管 D3- 6两端正向电压 瞬时值大于设定值的时刻，控制模块 8与晶闸管 D3- 6触发端连接的端子即刻发出一个触发脉 冲， 使晶闸管 D3- 6在该时刻正向导通， 直至反向电压到来后截止。然后进入下一个周 波， 如 此反复进行。

所述晶闸管 D3- 5或晶闸管 D3- 6两端正向电压设定值为： 输电回路最大负荷电流通过饱 和电抗器时在全桥整流电路输入端产生的压降 ， 再乘以大于 1的可靠系数 （例如： 1. 2)。

这样， 当一种晶闸管控制的短路电流限制器投入正常 运行的电力系统时， 流过直流线圈 组的电流较小， 全桥整流电路输入端的电压也比较小， 小于设定值， 晶闸管 D3- 5 与晶闸管 D3 - 6全关断， 短路电流限制器不影响输送电能。 当输电回路发生短路时， 短路电流大于最大 负荷电流， 该电流经全桥整流电路整流后流过直流线圈组 ， 并在全桥整流电路输入端产生压 降。 该压降大于晶闸管 D3- 5或晶闸管 D3- 6两端正向电压设定值时， 晶闸管 D3- 5或晶闸管 D3-6在该时刻正向导通， 直至反向电压到来后截止， 然后进入下一个周波， 如此反复进行。 虽然， 流入直流线圈组的是直流电流， 但全桥整流电路输入端的电压是交流电压。 所以， 控 制模块 3-8控制晶闸管 D3- 5或晶闸管 D3- 6在半个周波内部分导通， 流入短路电流限制器直 流线圈组的直流电流减小， 短路电流限制器限制短路电流。 这种控制策略的优点是， 短路点 一旦消失， 晶闸管 D3-5或晶闸管 D3- 6立即关断， 输电回路立即恢复正常运行； 对于控制模 块 3- 8可能的误发晶闸管触发脉冲， 也只会影响半个周波的时间， 影响较小。 这种控制策略 的缺点是， 短路电流不能被限制到负荷电流以下。

为了进一步提高一种晶闸管控制的短路电流限 制器的限流效果。 控制模块在晶闸管 D3 - 5 或晶闸管 D3- 6两端电压瞬吋值大于设定值的一段时间内，� �检测到交流线圈组两个端子之间 的电压大于设定值， 控制模块 3-8发出触发脉冲， 使晶闸管 D3- 5和晶闸管 D3- 6在交流线圈 组两个端子之间的电压大于设定值期间全导通 ， 直至交流线圈组两个输出端子之间的电压小 于设定值。 交流线圈组两个输出端子之间的电压设定值为 ： 输电回路额定电压乘以小于 1的 可靠系数 （例如 0. 7)。 电力系统正常运行时， 交流线圈组两个输出端子之间的电压很低， 控 制模块 3-8不会发出触发脉冲。 电力系统发生短路故障， 控制模块 3-8首先因为全桥整流电 路输入端的电压高， 而触发晶闸管 D3- 5和晶闸管 D3- 6; 并引起交流线圈组两个端子之间的 电压上升； 交流线圈组两个端子之间的电压大于设定值， 控制模块 3- 8发出触发脉冲， 使晶 闸管 D3- 5和晶闸管 D3- 6全导通。 晶闸管 D3- 5和晶闸管 D3- 6全导通， 表明这期间流入短路 电流限制器直流线圈组的直流电流为零， 短路电流限制器限制短路电流至最小值 （交流线圈 组的励磁电流）。达到把短路电流限制到负荷 电流数量级， 短路对短路点周围电力设备电压的 影响很小， 饱和电抗器的开关特性得到充分利用的目的。 控制模块 3-8得到停止指令或者得 到自动重合闸指令， 停止发出触发脉冲。

控制模块 3- 8得到自动重合闸指令， 停止发出触发脉冲后， 如果电力系统故障为瞬时性 故障， 流过短路电流限制器的电流为负荷电流， 晶闸管 D3- 5或晶闸管 D3- 6两端正向电压瞬 时值小于设定值， 第一判据不满足动作要求， 不动作， 电力系统自动恢复正常运行； 如果电 力系统故障为永久性故障， 流过短路电流限制器的电流为短路电流， 晶闸管 D3- 5 或晶闸管 D3-6两端正向电压瞬时值大于设定值， 第一判据仍然动作， 可靠性高的短路电流限制器限制 短路电流， 由电力系统继电保护装置有选择性地切除故障 。

通过获取交流线圈组两个端子之间的电压的方 法， 可以达到发明的目的， 且比较方便和 可靠。 实际上， 不获取交流线圈组两个端子之间的电压， 通过增加逻辑电路等其他方法， 也 可实现本发明目的， 且可节省电压互感器 3-7， 只是效果和可靠性差。

由于可靠性高的短路电流限制器可以实现二端 子器件， 不需要外接设备， 不需要外接控 制电源， 整流电路和控制电路中的电力电子元件电位差 小， 装置电力电子电路的电磁工作环 境较好， 工作可靠性高， 不易损坏。

本发明的一种可靠性高的短路电流限制器及其 方法可用现有技术设计制造， 完全可以实 现。 有广阔应用前景。