“超导故障限流器”智能电网设备技术新动态

       一、引言：

　　近年来，电力系统容量逐年增加，电网短路电流也随之增大，目前已成为制约电网运行和发展的重要因素。传统的机械型断路器速度慢，维修量大。超导故障限流器的开发和研制，开辟了提高交流输电线和输电网运行整体控制能力和水平的技术渠道，为智能电网中，超高压与特高压输电性能的革新改造指出了方向。

       二、超导故障限流器(SFCL)概述：

　　超导限流器是利用超导材料的超导态-正常态(S-N)转变特性及一些辅助部件，在线路出现故障时产生一个适当的阻抗来实现限流。当故障线路被断开或故障消失后，限流器自动复位。

       三、超导故障限流器种类

　　目前，SFCL已经有许多类型，下面介绍主要的两大类：

　　1、基于超导态/正常态转换特性的SFCL

　　利用超导体超导态/正常态(S/N)转换特性，已研制出各种类型的SFCL。其中，电阻型SFCL因结构简单、容易实现而备受关注。下面以电阻型SFCL为代表来说明其结构和特点。

　　电阻型SFCL是由低交流损耗的极细丝超导电缆无感绕制的触发线圈及并联的限制线圈组成。正常运行时，触发线圈处于超导态，由其交流损耗和漏感决定的阻抗很小，线路电流全部通过触发线圈。故障状态下，短路电流很快超过触发线圈的临界电流，触发线圈变为常态，出现非线性高电阻，电流被转换到限制线圈中去，从而限制了故障电流。

　　电阻型SFCL的主要不足是：超导线圈一旦失超后，恢复时间很长，大约需要10s。如果安装于输电线路上，则无法满足电力系统自动重合闸的需要，因此在实际应用中往往要采用2套SFCL。

　　2、基于电力电子技术的SFCL

　　结合电力电子技术的发展，不断有新的限流方案提出，同时对限流器在电网中的应用提出了新的要求，不仅希望能够限制故障电流，减小对电力设备的冲击，亦希望能提高电能质量及输电线路的传输容量，并且具有一定的无功补偿能力。介绍如下几种类型。

　　(1)桥路型SFCL

　　桥路型SFCL主要由二极管桥路、超导线圈HTS、偏压源等组成。系统稳态运行时，4个二极管全部导通，限流器对系统不表现出任何阻抗;一旦系统发生短路故障，线路电流急剧上升，大于HTS中的直流感应电流时，HTS的大电感就要投入到系统中抑制短路电流;短路故障清除后，HTS的电流从故障电流峰值逐渐衰减到稳态值。

　　桥路型SFCL能够限制故障电流峰值，并根据限流线圈电感大小的不同，在故障发生后限制短路电流的时间也不同;通过高温HTS的电流是直流，不存在正常状态下的交流损耗问题;由于不存在高温超导体的失超问题，因此可以配合线路重合闸使用。

       (2)串阻型桥路SFCL

　　串阻型桥路SFCL是在原有桥路SFCL基础上改进得到的。

　　在原拓扑结构基础上，增加了并联偏压源支路、限流电阻R及门极可关断晶闸管(GTO)开关。串阻型桥路SFCL较桥路SFCL具有更好的动作特性，不仅能够抑制故障电流峰值，而且能抑制故障电流的稳态值;另外，限流电阻的存在使得HTS电感不必设计得很大，节省了昂贵的超导材料。接入电网的方式可以采用3个单相串阻型桥路SFCL，或者通过3个连接变压器接入。

　　(3)全控桥路SFCL

　　全控桥路SFCL用晶闸管桥臂取代二极管桥臂，使这种限流器具有了FACTS(柔性交流输电系统)功能。

　　当控制晶闸管在不同触发角触发时，限流器在限制短路电流时所表现的等值电感不同。等值电感与触发角的关系为：当触发角为0时，故障时的限流电感即HTS的电感;当触发角为π/2时，限流器限流的等值电感为无穷大，此时相当于断路器。

　　全控桥路SFCL通过对晶闸管触发角的控制，可以灵活控制故障时串入线路的阻抗的大小，在正常运行时又能起到调节潮流的作用。它的缺点是引入大量谐波，并且需要故障检测装置。

　　(4)限流-储能相结合的超导设备

　　超导储能与电力电子换流器相结合，快速吸收和释放能量，能够补偿及屏蔽瞬时电压扰动、电压波动、频率波动及电压谐波等，保证对负载的高质量供电。若限流和储能的功能结合起来，在系统发生故障时起到限流作用，在正常运行时用来改善电能质量，将会取得事半功倍的效果。限流储能是一个全新的概念，尚有诸多问题需要解决。

       四、我国故障限流技术的发展前景和建议

　　我国对故障限流技术的研究起步并不晚，但从实用化程度看，和国际先进水平还有一定的差距。在此提出几点建议：第一：研究单位、生产厂家与用户通力合作，避免研究和生产各自为战，缺乏全面部署，重复开发，应集中力量实现产业化;第二：制定长远计划。目前的研究仅限于某个工程、某个项目或装置的开发、研制。应纳入国家长远建设和科技发展规划中;第三：广筹资金。我国财力有限，但国家、部门、企业、用户要通力合作，广泛筹集资金，保证必要的研究经费。科技的发展日新月异，我国建设社会主义市场经济，为企业和科技人员提供了创新、竞争和合作的良好机遇，谁抓住了机遇，谁就能取胜。

       参考文献：

       [1] 故障限流器技术国内外研究，2009.12.24，机电之家。

       [2] 叶 莺，肖立业，超导故障限流器的应用研究新进展[J]，电力系统自动化，2005年第29

卷，第13期。