新型故障電流限制器對電力系統的影響研究

沂水縣黃山鋪鎮政府 閆方愛

新型故障電流限制器對電力系統的影響研究

沂水縣黃山鋪鎮政府 閆方愛

本文通過總結故障限流器的拓撲結構和應用性能，提出一種創新型的故障限流器，并進行了ATPDraw軟件仿真實驗，證明新型的故障電流限制器在限制電流方面，可以達到更好的效果。

故障電流限制器；拓撲結構；短路故障

1 引言

隨著中國國民經濟實力的迅速提高,無論是人民日常生活還是工業化制造,對電力能源的需求都在不斷的增加,而電路網在擴大整個儲備容量的同時,也導致了短路事故發生率的增長［1-3］。電力系統發生短路故障后無論從經濟上還是人力上造成的損失和影響是很大的,為了防止此類現象的發生,在防止短路發生的同時,應該積極研究新型和可靠的故障限流器,盡量使得短路電流發生后將其限制在一定范圍內,從而最大限度的減少帶來的損失。

2 故障電流限制器的工作原理和拓撲結構

機械開關型故障電流限流器的結構原理如圖1所示。當系統正常工作時,機械開關S呈現斷開狀態,L與C串聯,且處于諧振狀態,其中電阻值的大小為零;當系統突然出現短路故障時,開關S呈現閉合狀態,L和C構成并聯諧振,進而起到限制短路電流的作用。但機械開關也存在許多不足之處,最主要的就是反應速度很慢,而且操作不方便,不能達到限制短路電流峰峰值的目的。因此機械開關型故障限流器一直沒有在實際生活中得到應用［4］。

圖1 機械開關型FCL

圖2 基于飽和電抗器的串聯諧振型FCL

基于飽和電抗器的串聯諧振型故障限流器由飽和電抗器LB、電容器C和電感器L組成,如圖2所示,使用了飽和電抗器中的短路高電流飽和特性作為基礎的電容器,在正常工作的串聯諧振條件下,達到了短路故障電流被抑制的效果。在故障被清除時,該反應器立即失去飽和,立即進入到冷凝器串聯諧振白色自動恢復狀態,正常操作期間的小的損失。這種類型的FCL在反應器中為電源頻率的過電壓保護電容器電磁暫態可能發揮作用,電容器,電抗器可以通過電壓保護起到防震的作用［5,6］。

3 基于機械開關的新型故障限流器設計

3.1 新型故障電流限制器的拓撲結構

本文設計的新型故障電流限制器的拓撲結構如圖3所示,該限流器能夠對串聯補償進行有效操控,可以限制電流的大小。當系統正常工作時,IEGT開關處于關閉狀態,電容器C的容抗與串聯電感L2相比較大,因此可以起到補償效果。當系統發生故障時,不穩定的電流會被檢測裝置偵測到。當超過電容設定閾值后,控制裝置將會與IEGT連接。在IEGT中有兩個通道進行交替導通,通過對電感和電容選擇合理的參數,就可以獲得很大的阻抗,與電感共同作用達到限制電流的目的。另外還可以根據監測到的短路電流的大小來調整IEGT的角度,從而達到不同的電流限制程度。

圖3 新型故障電流限制器的拓撲結構

當用電流源做激勵源時,該新型故障電流限制器的等值電抗為：

通過調整σ的角度大小(σ的取值范圍是0-90度),改變經過的電流大小,從而實現調整電抗的目的。

3.2 新型故障限流器限流仿真

ATPDraw(Alternative Transients ProGram Draw,簡寫ATPDraw)是EMTP中ATP版本下的一個圖形處理軟件,界面的操作性非常強大［7］。圖4是單電源狀態下,整個電路單相圖的分布,檢查故障電流限制器能否有效地實現快速地限制短路電流,而對使用的軟件系統中所示的分布利用ATPDraw兩種短路(對稱短路和單相短路)進行實驗仿真,仿真模型見圖5。

圖4 配電網單相結構圖

圖5 仿真模型線路

圖6 無限流器情況下三相短路中的短路電流

圖7 有電流限制器時的三相限制電流

假設故障發生在與母線相距1千米處,0.05s時發生三相短路故障,這種概率在實際情況中大約有百分之五到百分之十。雖然比例不是很大,但是此種情況對整個系統造成的影響最大［8,9］。圖6給出了無限制電流器情況下,三相短路電流隨時間的變化圖。由圖可知,當電流超過15kA時,短路電流會對導體元件產生巨大作用力,從而可能破壞設備。

增添限制電流器后,如圖7三相限制電流圖所示,短路電流峰值由沒有電流限制器時的17.19kA降到了2.99kA,從而起到了很好的限制電流的效果。

4 結論

為限制短路電流,人們試驗了無數方法,雖然取得了效果,但其中存在很多不足之處。本文提出了一種基于機械開關的新型故障限流器拓撲結構。為了驗證該新型故障電流限制器的效果,本文使用了ATPDraw軟件進行了仿真實驗,結果說明故障限流器可以起到短路電流限制的作用。

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閆方愛（1978—），女，山東臨沂人，大學本科，助理工程師，現供職于沂水縣黃山鋪鎮政府，研究方向：電器工程及其自動化。