沂水縣黃山鋪鎮(zhèn)政府 閆方愛

新型故障電流限制器對電力系統(tǒng)的影響研究

沂水縣黃山鋪鎮(zhèn)政府 閆方愛

本文通過總結故障限流器的拓撲結構和應用性能，提出一種創(chuàng)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(yè)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(fā)生率的增長［1-3］。電力系統(tǒng)發(fā)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(xiàn)象的發(fā)生,在防止短路發(fā)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(fā)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(tǒng)正常工作時,機械開關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;當系統(tǒng)突然出現(xiàn)短路故障時,開關S呈現(xiàn)閉合狀態(tài),L和C構成并聯(lián)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(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的電容器,在正常工作的串聯(lián)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(lián)諧振白色自動恢復狀態(tài),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(tài)可能發(fā)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(lián)補償進行有效操控,可以限制電流的大小。當系統(tǒng)正常工作時,IEGT開關處于關閉狀態(tài),電容器C的容抗與串聯(lián)電感L2相比較大,因此可以起到補償效果。當系統(tǒng)發(fā)生故障時,不穩(wěn)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(jiān)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(xiàn)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(tài)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(xiàn)快速地限制短路電流,而對使用的軟件系統(tǒng)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(fā)生在與母線相距1千米處,0.05s時發(fā)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(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(xiàn)供職于沂水縣黃山鋪鎮(zhèn)政府，研究方向：電器工程及其自動化。