繆希仁，李 飆，吳曉梅，鮑光海，吳守龍

（福州大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 福州 350108）

0 引言

隨著中壓配電系統(tǒng)負(fù)荷的迅速增長(zhǎng)以及大容量機(jī)組不斷投入運(yùn)行，中壓電網(wǎng)的短路電流不斷增大［1-2］。不斷增大的短路電流導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生因變壓器近區(qū)出口短路而造成的主變壓器繞組變形等故障，使變壓器處于亞健康運(yùn)行狀態(tài)，給電網(wǎng)安全運(yùn)行埋下很大隱患。此外，近年來(lái)發(fā)電廠裝機(jī)容量及其配電容量增大，大型發(fā)電機(jī)出口及廠高變出口的短路電流迅速提高。較大的短路電流對(duì)線路、設(shè)備及開(kāi)關(guān)本身的動(dòng)熱穩(wěn)定性提出了更高要求［3］。然而，無(wú)限度地提高斷路器或熔斷器的開(kāi)斷能力及線路、設(shè)備的動(dòng)熱穩(wěn)定性是很不經(jīng)濟(jì)甚至是不可能的，并且斷路器的極限分?jǐn)啻螖?shù)十分有限。

為了限制短路電流，一般可從調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、改變系統(tǒng)運(yùn)行方式和加裝限流設(shè)備三方面加以考慮［4］。然而調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)代價(jià)昂貴，改變系統(tǒng)運(yùn)行方式又容易造成電力系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定。文獻(xiàn)［5-7］指出在當(dāng)前的中壓配電系統(tǒng)中，裝設(shè)限流電抗器或限流熔斷器仍然是目前應(yīng)用較廣的限流措施。然而，由于限流熔斷器的開(kāi)斷能力非常有限，其只能用在電壓等級(jí)較低的場(chǎng)合［5］；而在設(shè)備端加裝電抗器則會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)損耗增加并降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性［8］。作為限制短路電流的一種措施，裝設(shè)短路電流限制器FCL（Fault Current Limiter）是一種有效的技術(shù)措施。

目前，無(wú)論是傳統(tǒng)的還是智能型的短路保護(hù)電器，大多仍采用全電流值是否大于整定值作為短路故障的判據(jù)。若用此判據(jù)判斷短路故障，由于非周期分量的存在，短路電流一般會(huì)在第1個(gè)周期內(nèi)達(dá)到電流峰值，此時(shí)短路已經(jīng)發(fā)生了 5～10 ms［7］的時(shí)間，斷路器需開(kāi)斷數(shù)倍甚至數(shù)十倍于額定值的短路電流。

隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)以及現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論的發(fā)展，對(duì)短路故障進(jìn)行早期檢測(cè)和有效保護(hù)已成為可能。通過(guò)有效實(shí)現(xiàn)故障早期檢測(cè)辨識(shí)，盡早實(shí)現(xiàn)FCL在故障初期投入，可大幅度提高短路保護(hù)電器分?jǐn)嗄芰癋CL的限流性能，減輕短路電流對(duì)電力系統(tǒng)及其電氣設(shè)備造成的威脅，對(duì)線路、設(shè)備及開(kāi)關(guān)本身動(dòng)熱穩(wěn)定性的要求也相應(yīng)降低［9］。

文獻(xiàn)［10-12］指出小波變換具有較強(qiáng)的消除白噪聲能力，且對(duì)隨機(jī)脈沖干擾也有一定抑制作用。綜合小波去噪與短路故障奇異性辨識(shí)能力，文獻(xiàn)［11-12］采用第4尺度細(xì)節(jié)分量作為低壓短路故障早期檢測(cè)的故障特征量，可在故障后200μs對(duì)大部分相角實(shí)現(xiàn)短路早期檢測(cè)特征量提取，采用TMS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）進(jìn)行濾波與短路故障辨識(shí)，運(yùn)算時(shí)間僅為 20.75 μs，即可在 300 μs內(nèi)實(shí)現(xiàn)低壓短路故障早期檢測(cè)與辨識(shí)。

本文將短路故障早期檢測(cè)方法引入中壓系統(tǒng)，在動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證短路故障早期檢測(cè)有效性基礎(chǔ)上，以串聯(lián)諧振型FCL為模型，提出短路故障早期檢測(cè)的FCL快速限流技術(shù)，為智能配電網(wǎng)的控制與保護(hù)提供了新的思路和方法。此外，本文分析了FCL在短路故障早期的快速限流效果，并引入斷路器分?jǐn)嗫量潭戎笜?biāo)，評(píng)估短路故障的早期快速FCL技術(shù)對(duì)斷路器分?jǐn)嗄芰Φ挠绊?，仿真結(jié)果表明，其在全相角范圍內(nèi)對(duì)短路電流抑制與降低斷路器對(duì)短路電流分?jǐn)嗄芰Φ囊蠓矫婢哂酗@著效果。

1 可控串聯(lián)諧振型FCL工作原理

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在FCL的研制方面取得了許多成果，其中超導(dǎo)型、電力電子型和基于常規(guī)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)型FCL成為研究與應(yīng)用熱點(diǎn)。文獻(xiàn)［13-14］提出的超導(dǎo)型FCL具有響應(yīng)速度快、自觸發(fā)等特性，但由于現(xiàn)階段技術(shù)可靠性以及成本等條件限制，超導(dǎo)型FCL暫不加以討論。電力電子型FCL又稱柔性化的短路電流限制器 FSCL（Flexible Short Current Limiter），它已開(kāi)始應(yīng)用于配電網(wǎng)。FSCL是用半導(dǎo)體器件替代傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)設(shè)備以達(dá)到限流阻抗的快速切換，從而限制短路電流，其主要實(shí)現(xiàn)方案為固態(tài)FCL、功率電子器件的可控FCL以及具有可控串聯(lián)補(bǔ)償?shù)腇CL［15-16］。從技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)性考慮，基于常規(guī)電氣設(shè)備或元件的經(jīng)濟(jì)型FCL，無(wú)疑是解決故障限流問(wèn)題的首選。其中，基于常規(guī)電氣元件的串聯(lián)諧振型FCL，不僅可將短路電流限制到較低水平，而且具有運(yùn)行可靠性高、價(jià)格低廉和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能好等明顯優(yōu)點(diǎn)，能克服現(xiàn)有限流技術(shù)的不足，但存在不可控的特點(diǎn)［17］。

本文將利用短路早期檢測(cè)判據(jù)實(shí)現(xiàn)FCL快速投切控制，因此所選的FCL模型為電力電子型與經(jīng)濟(jì)型FCL相結(jié)合，即固態(tài)可控串聯(lián)諧振型FCL，如圖1所示。圖中，F(xiàn)CL主要由電容C、旁路電感L1、串聯(lián)電感 L2、可關(guān)斷晶閘管 GTO（Gate Turn-Off thyristor）和保護(hù)用的避雷器AZnO組成。

圖1 串聯(lián)諧振型FCL拓?fù)銯ig.1 Topology of series resonant FCL

正常情況下，GTO截止，負(fù)荷電流從電容器流過(guò)，由于容抗與串聯(lián)電感L2的感抗相同，所以此時(shí)二者處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行無(wú)影響；短路故障時(shí)，控制GTO導(dǎo)通，旁路電感L1接入。L1與C選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，并聯(lián)后可以得到較大的電抗，與L2串聯(lián)后共同限流，并且可根據(jù)不同的短路情況，即短路電流大小調(diào)節(jié)GTO的導(dǎo)通角，以改變限流程度［18］。

2 中壓短路故障早期檢測(cè)原理及其驗(yàn)證

2.1 小波變換原理

小波變換是時(shí)間（空間）頻率的局部化分析，通過(guò)伸縮平移運(yùn)算對(duì)信號(hào)逐步進(jìn)行多尺度細(xì)化，最終達(dá)到高頻處時(shí)間細(xì)分、低頻處頻率細(xì)分，自動(dòng)適應(yīng)時(shí)頻信號(hào)分析的要求，從而可聚焦到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)，解決傅里葉變換純頻域分析的局限性［19］。

Mallat算法將信號(hào)在不同時(shí)間和不同頻率尺度上進(jìn)行分解，提取信號(hào)在各個(gè)尺度上所體現(xiàn)的特征，其小波分解的快速遞推公式為：

本文以三次B樣條函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)為小波函數(shù)，其低通及帶通濾波器的脈沖響應(yīng)系數(shù)為：g0=-2，g1=2；h-1=h2=0.125，h0=h1=0.375［12］。

由式（1）可知，在對(duì)信號(hào)實(shí)施小波分解時(shí)，其小波分量在各尺度下的計(jì)算值均用到上一尺度的平滑分量，且每一尺度下的小波分量與上一尺度的平滑分量的差分成正比，即小波分量值體現(xiàn)了信號(hào)不斷被平滑后的導(dǎo)數(shù)值。因此，它既能體現(xiàn)信號(hào)變化率的大小，又剔除了噪聲干擾的影響?？紤]到前4階小波分量的濾波作用及電力系統(tǒng)故障信號(hào)奇異性的特點(diǎn)［11，20］，本文將第 4 尺度分量應(yīng)用于中壓系統(tǒng)短路故障檢測(cè)。

2.2 中壓短路故障早期檢測(cè)及其動(dòng)模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.2.1 基于小波的中壓短路故障早期檢測(cè)機(jī)理

圖2所示為動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室一次接線圖，其主要工作原理是利用升壓變壓器T01、T21將市電380 V升壓至800 V，模擬中壓系統(tǒng)電壓等級(jí)及其線路參數(shù)。圖2中，主要一次設(shè)備參數(shù)：G01的額定功率為12 kW，額定電壓為380 V，功率因數(shù)為0.8；G02的額定視在功率為5 kV·A，瞬變電流衰減時(shí)間常數(shù) Td′為 1.88 s，額定轉(zhuǎn)速為 1500 r/min；T01采用 Y/△-11 接線形式，額定容量為15 kV·A，短路電壓為13%，變比為380 V/800 V；T21采用 Y/△-11接線，額定容量為 50 kV·A，短路電壓為13%，變比為380 V/800 V；XL31=XL32=3X，XL11=2X，X 為線路阻抗，X 的參數(shù)為 x1=7.79 Ω、r1=0.709 Ω、阻抗角 ψ=84.8°。

圖2 中壓動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室一次接線圖Fig.2 Primary wiring diagram of mid-voltage dynamic simulation lab

根據(jù)圖2動(dòng)模實(shí)驗(yàn)接線方式及設(shè)備參數(shù)配置，利用MATLAB的Simulink工具箱建立中壓動(dòng)模實(shí)驗(yàn)線路仿真模型，并在全相角范圍內(nèi)，以故障電流瞬時(shí)標(biāo)幺值與小波分解第4尺度細(xì)節(jié)分量瞬時(shí)標(biāo)幺值隨時(shí)間變化情況，闡述中壓短路故障早期檢測(cè)的機(jī)理；同時(shí)，為了說(shuō)明本文提出的中壓故障早期檢測(cè)方法不受中壓系統(tǒng)線路負(fù)載突變的影響，本文將全相角范圍內(nèi)1.5倍突變負(fù)載電流小波分解第4尺度細(xì)節(jié)分量標(biāo)幺值的最大值與短路電流小波分解第4尺度細(xì)節(jié)分量標(biāo)幺值加以比較分析。上述標(biāo)幺值均以正常運(yùn)行時(shí)各量幅值為基值。

對(duì)于中壓交流系統(tǒng)，故障發(fā)生瞬間電源電壓或線路電流相角（即故障初相角）對(duì)故障后短路電流的發(fā)展影響很大。圖3以10°故障初相角為間隔，給出了故障發(fā)生后4個(gè)不同時(shí)刻短路電流及其小波分解第4尺度細(xì)節(jié)分量標(biāo)幺值與故障初相角之間的關(guān)系，并給出全相角范圍內(nèi)1.5倍突變負(fù)載電流小波分解第4尺度細(xì)節(jié)分量標(biāo)幺值的最大值。圖3中，ds4為短路電流小波第4尺度細(xì)節(jié)分量標(biāo)幺值；is為短路故障電流瞬時(shí)標(biāo)幺值；dl4為全相角下1.5倍突變負(fù)載電流小波第4尺度細(xì)節(jié)分量標(biāo)幺值的最大值。

圖3 各變量早期不同時(shí)刻隨初相角變化情況Fig.3 Variation curve vs.initial phase angle for different variables and different instants in early period

從圖3可見(jiàn)，在故障發(fā)生早期即短路故障電流較小時(shí)，采用短路電流小波分解第4尺度細(xì)節(jié)分量標(biāo)幺值，已可在全相角范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)載突變與短路故障的有效區(qū)分；而且故障發(fā)生400 μs之后，短路電流第4尺度小波分量標(biāo)幺值均明顯大于全相角下1.5倍突變負(fù)載電流小波第4尺度分量標(biāo)幺值的最大值。這表明，設(shè)置適當(dāng)?shù)拈撝担粌H可實(shí)現(xiàn)短路故障早期檢測(cè)，而且可有效避免中壓線路負(fù)載突變引起誤判。

2.2.2 中壓短路故障早期檢測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本文以TMS320F2812為核心處理器，以小波分解第4尺度細(xì)節(jié)分量瞬時(shí)標(biāo)幺值為判據(jù)并設(shè)置適當(dāng)?shù)墓收吓卸ㄩ撝?，開(kāi)發(fā)了中壓短路快速檢測(cè)裝置，在動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室工況環(huán)境下驗(yàn)證中壓短路故障早期檢測(cè)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

圖4為動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室短路故障三相電流波形、不同故障初相角下故障相電流及短路早期故障檢測(cè)裝置脫扣信號(hào)實(shí)測(cè)波形（實(shí)驗(yàn)中均轉(zhuǎn)換為電壓形式）。

本文經(jīng)多次不同故障初相角短路試驗(yàn)得出，中壓動(dòng)模實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在單相短路故障時(shí)，從短路發(fā)生到給出故障早期檢測(cè)脫扣信號(hào)的時(shí)間為400～700 μs，驗(yàn)證了中壓系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)的可行性。

圖4 故障相電流和脫扣信號(hào)實(shí)測(cè)波形Fig.4 Measured waveform of faulty phase currents and trip signals

3 中壓短路故障早期檢測(cè)的快速限流技術(shù)

本文以圖5所示中壓配電系統(tǒng)為例，利用MATLAB仿真饋線短路故障情況，在此基礎(chǔ)上分析短路故障早期檢測(cè)的快速限流技術(shù)。圖5中，系統(tǒng)電源等值為單機(jī)無(wú)窮大，35 kV等級(jí)；系統(tǒng)為中性點(diǎn)接地接線方式，電源初相角為90°；線路長(zhǎng)度l=50 km，線路電阻r=0.02 Ω/km，線路電導(dǎo) b=4.804μS/km，線路電抗x=0.28 Ω/km；變壓器的變比為 37 kV/10.5 kV，短路阻抗百分比為7.5%，空載電流百分比為0.8%，短路損耗Ps=12 kW，空載損耗P0=24 kW，額定容量Sb=7.5 MV·A［21］。故障點(diǎn)在靠近變壓器側(cè)，故障設(shè)置在系統(tǒng)正常運(yùn)行后50 ms時(shí)發(fā)生，設(shè)定故障類(lèi)型為A相接地故障。

圖5 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure of simulation system

顯然，短路故障持續(xù)時(shí)間越短，對(duì)短路電流的限制效果就越好，短路造成的危害也就越小。因此，對(duì)中壓短路故障進(jìn)行早期準(zhǔn)確檢測(cè)與辨識(shí)具有實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用效應(yīng)。在故障早期，當(dāng)判斷的確有短路故障發(fā)生時(shí)，則觸發(fā)GTO導(dǎo)通將FCL快速接入線路，可有效地限制短路電流。

實(shí)際的工作環(huán)境下，要實(shí)現(xiàn)FCL早期投入，其所需時(shí)間主要包括短路故障早期檢測(cè)及識(shí)別所需時(shí)間和電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通所需時(shí)間兩部分。前文已經(jīng)通過(guò)仿真以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了中壓系統(tǒng)短路故障早期檢測(cè)所需時(shí)間為400～700 μs，而GTO的導(dǎo)通時(shí)間僅為幾十微秒，綜合考慮GTO導(dǎo)通時(shí)間及不同故障相角等因素，短路故障早期檢測(cè)辨識(shí)及FCL投入所需時(shí)間在1 ms之內(nèi)。

本文以圖1所示串聯(lián)諧振型FCL為模型實(shí)現(xiàn)短路故障早期檢測(cè)基礎(chǔ)上的快速限流技術(shù)，以限流效果及斷路器開(kāi)斷短路故障的苛刻度為指標(biāo)考察其有效性。其中，F(xiàn)CL 參數(shù)為：C=207 μF；L1=3.26 mH；L2=48.94 mH［22］。

3.1 故障早期FCL投入時(shí)刻對(duì)限流的影響

為分析FCL投入時(shí)刻對(duì)限制電流的影響，本文設(shè)置仿真電源初相角均為90°，分別選取故障發(fā)生后40 ms（2 個(gè)全波周期）、20 ms（1 個(gè)全波周期）、10 ms（常規(guī)短路判據(jù)所需時(shí)間數(shù)量級(jí)）［23］、1 ms（基于短路早期檢測(cè)所需時(shí)間數(shù)量級(jí)）投入FCL，短路電流抑制效果如圖6所示。

圖6 FCL投入時(shí)刻對(duì)限制電流的影響Fig.6 Influence of FCL put-into-operation time on current limiting effect

由圖6可見(jiàn)，系統(tǒng)未裝設(shè)FCL時(shí)，短路電流峰值接近10 kA；安裝了FCL以后，其對(duì)系統(tǒng)的短路電流有明顯的抑制作用。此外，F(xiàn)CL的投入時(shí)刻對(duì)于其限流效果影響很大，發(fā)生短路故障后投入FCL越早，其限流作用越明顯。常規(guī)的短路判斷方法一般需要10 ms左右判定時(shí)間，此時(shí)投入FCL，只能將故障電流峰值限制在大約1500 A；利用短路早期檢測(cè)及快速投切技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在故障后1 ms即投入FCL，在相同的短路故障情況下，其可將故障電流峰值限制在800 A左右，限流效果更加明顯，并且其限流后的電流波形更光滑，對(duì)電網(wǎng)的沖擊很小。

為了更清晰地說(shuō)明FCL投入時(shí)刻對(duì)限制電流的影響，假設(shè)短路故障發(fā)生在系統(tǒng)正常運(yùn)行后的50 ms時(shí)，本文取故障發(fā)生后1～40 ms的區(qū)間范圍，分別每間隔2 ms投入FCL，仿真得出相應(yīng)時(shí)刻的電流峰值，利用三次正弦和擬合，得到故障電流峰值與FCL投入時(shí)刻的關(guān)系見(jiàn)圖7。

從圖7可以看出，F(xiàn)CL的投入時(shí)刻對(duì)于故障電流的限制有很大影響，基于短路故障早期檢測(cè)的故障電流快速限制效果非常顯著。

圖7 故障電流峰值與FCL投入時(shí)刻關(guān)系圖Fig.7 Relationship between fault current peak and FCL put-into-operation time

3.2 故障早期FCL投入時(shí)刻對(duì)斷路器開(kāi)斷能力影響

串聯(lián)諧振型FCL應(yīng)用于中高壓甚至超高壓電網(wǎng)，能夠有效地抑制系統(tǒng)的短路電流水平，然而斷路器的開(kāi)斷負(fù)擔(dān)不僅與開(kāi)斷電流有關(guān)，還與瞬態(tài)恢復(fù)電壓的第1個(gè)峰值、斷口間的瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升率［24］等因素有關(guān)。因此，需要綜合考慮以上因素，從苛刻度［25-26］的角度分析FCL對(duì)斷路器開(kāi)斷性能的影響，通過(guò)綜合斷路器開(kāi)斷電流、斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓第1個(gè)峰值和瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升率3項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)斷路器開(kāi)斷短路故障的難度進(jìn)行評(píng)估。

基于故障早期檢測(cè)的FCL技術(shù)可以在短路發(fā)生早期投入FCL，可以預(yù)見(jiàn)其對(duì)于提高斷路器開(kāi)斷短路故障能力方面有顯著作用。利用短路電流Is、電流過(guò)零時(shí)斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓的上升率rRV以及斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓的第1個(gè)峰值Utr1，可獲得電網(wǎng)對(duì)于斷路器的苛刻度F如式（2）所示?？量潭瓤捎糜诰C合評(píng)估安裝串聯(lián)諧振型FCL后對(duì)于斷路器開(kāi)斷的影響［27］。

其中，α為常數(shù)，它與斷路器的滅弧方式及滅弧介質(zhì)有關(guān)。

為了驗(yàn)證基于短路早期檢測(cè)的FCL技術(shù)能夠提升斷路器短路故障開(kāi)斷能力，利用前述配電仿真系統(tǒng)加以分析，且配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與短路參數(shù)均保持不變。斷路器在系統(tǒng)運(yùn)行至150 ms時(shí)因短路故障而操作分?jǐn)喙收想娏鳌Ｎ赐度隖CL、采用常規(guī)判據(jù)投入FCL、基于短路早期檢測(cè)快速投入FCL情況下斷路器兩端斷口電壓的仿真波形如圖8所示。

綜合圖6與圖8的仿真結(jié)果，取α=1，通過(guò)計(jì)算得到不同短路故障抑制情況下電網(wǎng)對(duì)斷路器的苛刻度F，如表1所示。

由表1可以看出，采用常規(guī)的短路判據(jù)投入FCL后，雖然降低了斷路器的分?jǐn)嗫量潭龋瞧湎蘖骱蟮亩搪冯娏鞣逯礗s、電流過(guò)零時(shí)斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓的上升率rRV以及斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓的第1個(gè)峰值Utr1仍然較大，所以導(dǎo)致其整體的斷路器分?jǐn)嗫量潭纫廊黄?；而基于短路早期檢測(cè)快速投入FCL后，上述3個(gè)參數(shù)均大幅度降低，使得斷路器分?jǐn)嗫量潭却蠓葴p小，即斷路器對(duì)短路故障的開(kāi)斷難度大幅降低。

綜上所述，基于短路故障早期檢測(cè)的FCL快速限流技術(shù)，在提升斷路器的開(kāi)斷能力與遮斷容量方面有著良好的應(yīng)用潛力。

圖8 FCL在不同時(shí)刻投入時(shí)斷路器兩端電壓波形圖Fig.8 Waveform of breaker voltage between two terminals for different FCL put-into-operation time

表1 不同情況下斷路器的苛刻度Table 1 Severity of circuit breaker for different conditions

3.3 全相角范圍內(nèi)的FCL早期投入故障限流作用

故障初相角對(duì)于系統(tǒng)的短路影響較大，因此有必要考慮在不同初相角下，早期故障檢測(cè)及FCL投入的限流效果以及對(duì)斷路器分?jǐn)嗫量潭鹊挠绊憽?/p>

本文在故障電源初相角0°～170°范圍內(nèi)以10°為1個(gè)間隔，分別仿真分析未投入FCL、采用常規(guī)短路判據(jù)投入FCL以及短路故障早期檢測(cè)投入FCL后的短路電流峰值和斷路器的分?jǐn)嗫量潭龋Y(jié)果分別如表2與表3所示。表中，方式a、b、c分別對(duì)應(yīng)未投入FCL、基于常規(guī)短路判據(jù)投入FCL和基于短路早期檢測(cè)投入FCL。

分析表2及表3的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)可知，在全相角范圍內(nèi)，基于短路早期檢測(cè)的FCL技術(shù)的限流效果均優(yōu)于基于常規(guī)判據(jù)投入FCL；而在斷路器分?jǐn)嗫量潭确矫?，基于短路早期檢測(cè)的FCL技術(shù)同樣在全相角范圍內(nèi)顯示出了更加優(yōu)異的特性。這表明，基于短路早期檢測(cè)的FCL技術(shù)在降低斷路器對(duì)分?jǐn)嗄芰Φ囊蠓矫?，顯示出了良好的應(yīng)用潛力。

表2 全相角情況下的限流效果Table 2 Fault current limiting effect in full phase-angle condition

表3 全相角情況下的斷路器苛刻度Table 3 Severity of circuit breaker in full phase-angle condition

4 結(jié)論

本文提出一種中壓線路短路早期檢測(cè)及其故障快速限流技術(shù)，并以固態(tài)可控串聯(lián)諧振型FCL為例，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證，得出如下結(jié)論：

a.采用Mallat算法的多分辨小波變換，可有效實(shí)現(xiàn)中壓線路短路故障的早期檢測(cè)辨識(shí)，且在中壓動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)中進(jìn)行了驗(yàn)證；

b.基于短路早期檢測(cè)的FCL限流技術(shù)具有快速及顯著的故障抑制作用；

c.基于短路早期檢測(cè)的FCL快速限流技術(shù)，可大幅度地降低中壓線路分?jǐn)嗫量潭龋?/p>

d.基于短路故障早期檢測(cè)的FCL快速限流技術(shù)，具備全相角范圍內(nèi)優(yōu)越的限流效果，可較大幅度地降低斷路器對(duì)分?jǐn)嗄芰Φ囊螅?/p>

e.在限制短路電流與提升斷路器開(kāi)斷能力方面，中壓短路早期限流技術(shù)對(duì)增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性具有良好的應(yīng)用潛力，但有待進(jìn)一步研究。