新型故障电流限制器对电力系统的影响

【摘要】本文通过总结故障限流器的拓扑结构和应用性能，提出一种创新型的故障限流器，并进行了ATPDraw软件仿真实验，证明新型的故障电流限制器在限制电流方面，可以达到更好的效果。

【关键词】故障电流限制器；拓扑结构；短路故障

作者简介：闫方爱（1978—），女，山东临沂人，大学本科，助理工程师，现供职于沂水县黄山铺镇政府，研究方向：电器工程及其自动化

1 引言

随着中国国民经济实力的迅速提高，无论是人民日常生活还是工业化制造，对电力能源的需求都在不断的增加，而电路网在扩大整个储备容量的同时，也导致了短路事故发生率的增长[1-3]。电力系统发生短路故障后无论从经济上还是人力上造成的损失和影响是很大的，为了防止此类现象的发生，在防止短路发生的同时，应该积极研究新型和可靠的故障限流器，尽量使得短路电流发生后将其限制在一定范围内，从而最大限度的减少带来的损失。

2 故障电流限制器的工作原理和拓扑结构

机械开关型故障电流限流器当系统正常工作时，机械开关S呈现断开状态，L与C串联，且处于谐振状态，其中电阻值的大小为零；当系统突然出现短路故障时，开关S呈现闭合状态，L和C构成并联谐振，进而起到限制短路电流的作用。但机械开关也存在许多不足之处，最主要的就是反应速度很慢，而且操作不方便，不能达到限制短路电流峰峰值的目的。因此机械开关型故障限流器一直没有在实际生活中得到应用[4]。基于饱和电抗器的串联谐振型故障限流器由饱和电抗器LB、电容器C和电感器L组成，如图2所示，使用了饱和电抗器中的短路高电流饱和特性作为基础的电容器，在正常工作的串联谐振条件下，达到了短路故障电流被抑制的效果。在故障被清除时，该反应器立即失去饱和，立即进入到冷凝器串联谐振白色自动恢复状态，正常操作期间的小的损失。这种类型的FCL在反应器中为电源频率的过电压保护电容器电磁暂态可能发挥作用，电容器，电抗器可以通过电压保护起到防震的作用[5,6]。

3 基于机械开关的新型故障限流器设计

3.1 新型故障电流限制器的拓扑结构

本文设计的新型故障电流限制器的拓扑结构如图3所示，该限流器能够对串联补偿进行有效操控，可以限制电流的大小。当系统正常工作时，IEGT开关处于关闭状态，电容器C的容抗与串联电感L2相比较大，因此可以起到补偿效果。当系统发生故障时，不稳定的电流会被检测装置侦测到。当超过电容设定阈值后，控制装置将会与IEGT连接。在IEGT中有两个通道进行交替导通，通过对电感和电容选择合理的参数，就可以获得很大的阻抗，与电感共同作用达到限制电流的目的。另外还可以根据监测到的短路电流的大小来调整IEGT的角度，从而达到不同的电流限制程度。通过调整σ的角度大小（σ的取值范围是0-90度），改变经过的电流大小，从而实现调整电抗的目的。

3.2 新型故障限流器限流仿真

ATPDraw（AlternativeTransientsProgramDraw，简写ATPDraw）是EMTP中ATP版本下的一个图形处理软件，界面的操作性非常强大[7]。图4是单电源状态下，整个电路单相图的分布，检查故障电流限制器能否有效地实现快速地限制短路电流，而对使用的软件系统中所示的分布利用ATPDraw两种短路（对称短路和单相短路）进行实验仿真。假设故障发生在与母线相距1千米处，0.05s时发生三相短路故障，这种概率在实际情况中大约有百分之五到百分之十。虽然比例不是很大，但是此种情况对整个系统造成的影响最大[8,9]。图6给出了无限制电流器情况下，三相短路电流随时间的变化图。由图可知，当电流超过15kA时，短路电流会对导体元件产生巨大作用力，从而可能破坏设备。增添限制电流器后，短路电流峰值由没有电流限制器时的17.19kA降到了2.99kA，从而起到了很好的限制电流的效果。

4 结论

为限制短路电流，人们试验了无数方法，虽然取得了效果，但其中存在很多不足之处。本文提出了一种基于机械开关的新型故障限流器拓扑结构。为了验证该新型故障电流限制器的效果，本文使用了ATPDraw软件进行了仿真实验，结果说明故障限流器可以起到短路电流限制的作用。

参考文献

[1]韩彦华,李琉,施围.可控串联等值阻抗的计算方法研究[J].电工技术学报,2003,18(1):96-99.

[2]郑敏等.具有串联补偿作用的新型故障电流限制器的拓扑结构和仿真[J].中国电机工程学报,1999,19(6):52-55.

[3]蔡盛舟.一种新型故障限流器特性及其对电力系统影响的研究[D].西华大学,2011.

[4]孙守文,哈恒旭,胡希同,等.故障限流器对电力系统影响的机理分析[J].山东理工大学学报,2011,25(4).

[5]李明,张小肯.电力系统故障限流器技术的研究[J].电气时代,2005(4):54-56.

[6]肖茂友,李庆民,娄杰,等.两种经济型故障限流器的工作特性比较[J].电力系统及其自动化学报,2005,17(4):71-75.

[7]赵中原,吕征宇,等.新型固态限流器三相主电路拓扑及控制策略研究[Jl.中国电机工程学报,2005,25(12):42-46.

[8]费力民.基于IGCT的三相接地系统故障限流器及其控制策略[J].电网技术,2006,30(11):82-86.

[9]袁清芳,李兴源.具有可控串联补偿的新型故障限流器的研究[J].电工技术学报,2004,19(1):40-43.

作者：闫方爱           单位：沂水县黄山铺镇政府