新型故障電流限制器對(duì)電力系統(tǒng)的影響研究

沂水縣黃山鋪鎮(zhèn)政府 閆方愛

新型故障電流限制器對(duì)電力系統(tǒng)的影響研究

沂水縣黃山鋪鎮(zhèn)政府 閆方愛

本文通過總結(jié)故障限流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和應(yīng)用性能，提出一種創(chuàng)新型的故障限流器，并進(jìn)行了ATPDraw軟件仿真實(shí)驗(yàn)，證明新型的故障電流限制器在限制電流方面，可以達(dá)到更好的效果。

故障電流限制器；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；短路故障

1 引言

隨著中國國民經(jīng)濟(jì)實(shí)力的迅速提高,無論是人民日常生活還是工業(yè)化制造,對(duì)電力能源的需求都在不斷的增加,而電路網(wǎng)在擴(kuò)大整個(gè)儲(chǔ)備容量的同時(shí),也導(dǎo)致了短路事故發(fā)生率的增長(zhǎng)［1-3］。電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障后無論從經(jīng)濟(jì)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(xiàn)象的發(fā)生,在防止短路發(fā)生的同時(shí),應(yīng)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(fā)生后將其限制在一定范圍內(nèi),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?fù)浣Y(jié)構(gòu)

機(jī)械開關(guān)型故障電流限流器的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí),機(jī)械開關(guān)S呈現(xiàn)斷開狀態(tài),L與C串聯(lián),且處于諧振狀態(tài),其中電阻值的大小為零;當(dāng)系統(tǒng)突然出現(xiàn)短路故障時(shí),開關(guān)S呈現(xiàn)閉合狀態(tài),L和C構(gòu)成并聯(lián)諧振,進(jìn)而起到限制短路電流的作用。但機(jī)械開關(guān)也存在許多不足之處,最主要的就是反應(yīng)速度很慢,而且操作不方便,不能達(dá)到限制短路電流峰峰值的目的。因此機(jī)械開關(guān)型故障限流器一直沒有在實(shí)際生活中得到應(yīng)用［4］。

圖1 機(jī)械開關(guān)型FCL

圖2 基于飽和電抗器的串聯(lián)諧振型FCL

基于飽和電抗器的串聯(lián)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(chǔ)的電容器,在正常工作的串聯(lián)諧振條件下,達(dá)到了短路故障電流被抑制的效果。在故障被清除時(shí),該反應(yīng)器立即失去飽和,立即進(jìn)入到冷凝器串聯(lián)諧振白色自動(dòng)恢復(fù)狀態(tài),正常操作期間的小的損失。這種類型的FCL在反應(yīng)器中為電源頻率的過電壓保護(hù)電容器電磁暫態(tài)可能發(fā)揮作用,電容器,電抗器可以通過電壓保護(hù)起到防震的作用［5,6］。

3 基于機(jī)械開關(guān)的新型故障限流器設(shè)計(jì)

3.1 新型故障電流限制器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的新型故障電流限制器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示,該限流器能夠?qū)Υ?lián)補(bǔ)償進(jìn)行有效操控,可以限制電流的大小。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí),IEGT開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài),電容器C的容抗與串聯(lián)電感L2相比較大,因此可以起到補(bǔ)償效果。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),不穩(wěn)定的電流會(huì)被檢測(cè)裝置偵測(cè)到。當(dāng)超過電容設(shè)定閾值后,控制裝置將會(huì)與IEGT連接。在IEGT中有兩個(gè)通道進(jìn)行交替導(dǎo)通,通過對(duì)電感和電容選擇合理的參數(shù),就可以獲得很大的阻抗,與電感共同作用達(dá)到限制電流的目的。另外還可以根據(jù)監(jiān)測(cè)到的短路電流的大小來調(diào)整IEGT的角度,從而達(dá)到不同的電流限制程度。

圖3 新型故障電流限制器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

當(dāng)用電流源做激勵(lì)源時(shí),該新型故障電流限制器的等值電抗為：

通過調(diào)整σ的角度大小(σ的取值范圍是0-90度),改變經(jīng)過的電流大小,從而實(shí)現(xiàn)調(diào)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(jiǎn)寫ATPDraw)是EMTP中ATP版本下的一個(gè)圖形處理軟件,界面的操作性非常強(qiáng)大［7］。圖4是單電源狀態(tài)下,整個(gè)電路單相圖的分布,檢查故障電流限制器能否有效地實(shí)現(xiàn)快速地限制短路電流,而對(duì)使用的軟件系統(tǒng)中所示的分布利用ATPDraw兩種短路(對(duì)稱短路和單相短路)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真,仿真模型見圖5。

圖4 配電網(wǎng)單相結(jié)構(gòu)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(shí)的三相限制電流

假設(shè)故障發(fā)生在與母線相距1千米處,0.05s時(shí)發(fā)生三相短路故障,這種概率在實(shí)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)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(shí)間的變化圖。由圖可知,當(dāng)電流超過15kA時(shí),短路電流會(huì)對(duì)導(dǎo)體元件產(chǎn)生巨大作用力,從而可能破壞設(shè)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(shí)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(jié)論

為限制短路電流,人們?cè)囼?yàn)了無數(shù)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(jī)械開關(guān)的新型故障限流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了驗(yàn)證該新型故障電流限制器的效果,本文使用了ATPDraw軟件進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果說明故障限流器可以起到短路電流限制的作用。

[1]韓彥華,李琉,施圍．可控串聯(lián)等值阻抗的計(jì)算方法研究[J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào),2003,18(1):96-99．

[2]鄭敏等．具有串聯(lián)補(bǔ)償作用的新型故障電流限制器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和仿真[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),1999,19(6):52-55．

[3]蔡盛舟．一種新型故障限流器特性及其對(duì)電力系統(tǒng)影響的研究[D]．西華大學(xué),2011．

[4]孫守文,哈恒旭,胡希同,等．故障限流器對(duì)電力系統(tǒng)影響的機(jī)理分析[J]．山東理工大學(xué)學(xué)報(bào),2011,25(4)．

[5]李明,張小肯．電力系統(tǒng)故障限流器技術(shù)的研究[J]．電氣時(shí)代,2005(4):54-56．

[6]肖茂友,李慶民,婁杰,等．兩種經(jīng)濟(jì)型故障限流器的工作特性比較[J]．電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2005, 17(4):71-75．

[7]趙中原,呂征宇,等．新型固態(tài)限流器三相主電路拓?fù)浼翱刂撇呗匝芯縖Jl．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(12): 42-46．

[8]費(fèi)力民．基于IGCT的三相接地系統(tǒng)故障限流器及其控制策略[J]．電網(wǎng)技術(shù),2006,30(11):82-86．

[9]袁清芳,李興源．具有可控串聯(lián)補(bǔ)償?shù)男滦凸收舷蘖髌鞯难芯縖J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào),2004,19(1):40-43．

閆方愛（1978—），女，山東臨沂人，大學(xué)本科，助理工程師，現(xiàn)供職于沂水縣黃山鋪鎮(zhèn)政府，研究方向：電器工程及其自動(dòng)化。