沂水縣黃山鋪鎮(zhèn)政府 閆方愛(ài)

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(ài)

本文通過(guò)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(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力的迅速提高,無(wú)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(wú)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(lèi)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(lái)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(kāi)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(kāi)關(guān)S呈現(xiàn)斷開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)型故障限流器一直沒(méi)有在實(shí)際生活中得到應(yīng)用［4］。

圖1 機(jī)械開(kāi)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(lèi)型的FCL在反應(yīng)器中為電源頻率的過(guò)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(guò)電壓保護(hù)起到防震的作用［5,6］。

3 基于機(jī)械開(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)調(diào)整σ的角度大小(σ的取值范圍是0-90度),改變經(jīng)過(guò)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(xiě)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(jiàn)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(wú)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(wú)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(guò)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(méi)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(wú)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(kāi)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(shuō)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(ài)（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。