（国家电力投资集团公司浙江分公司 310016）
摘要：随着电网迅速发展，短路电流超标逐渐成为突出的问题。国内外研究者已提出了多种研究方案:超导限流器具有响应速度快、自触发等特性。但由于超导技术的不成熟，不能在工业广泛应用。串联谐振型电流限制器稳态时电容器和电抗器构成串联谐振，不增加系统阻抗。短路电流发生时，晶闸管旁路掉电容器组，相当于线路中插入了限流电抗器，从而达到限流目的，在技术经济效益上比传统串联电抗器有一定的优势，在工程上比较可行。文章分析了应用于超高压输电线路中的串联谐振型故障电流限制器的原理和技术特点；文章提出了超高压串联谐振型故障电流限制器模拟装置的参数选取和结构设计方法，并将模拟装置接入动态模拟仿真系统，试验结果表明所研制的模拟装置的性能满足设计要求，可用于动态模拟仿真试验及相关研究、检测工作。
关键词：超高压；特高压；分级；可控并联电抗器；动态模拟
0 引言
随着电力系统容量的不断增大，电力系统安全、稳定、高效、灵活运行和控制的要求日益提高[1-2]。作为抑制系统短路电流水平的有效手段，故障限流器（FCL）的概念在上世纪70年代提出。FCL作为一种新的措施，可以起到有效限制短路电流的作用，具有很好的应用前景[1-2]。
根据工作原理的不同，FCL可分为超导故障限流器、采用正温度系数（PTC）聚合材料的故障限流器、固态限流器、串联电抗器及串联谐振型故障限流器[3]。超高压电网对FCL的可靠性提出了极高的要求，必须选用稳定可靠的限流方案。超导限流器具有响应速度快、抑制电流能力强、自触发等优点，但受到超导技术发展的限制。PTC材料容易受到外界因素的影响，可靠性较差。固态限流器利用可关断器件（如GTO）由于电力电子器件容量有限，难于在超高压电网中直接应用。串联电抗器增加了系统间的阻抗，减少了暂态功率极限，使系统间的传送功率适当减少，且电抗器消耗系统无功，增加系统损耗。基于串联谐振原理的故障限流器能够适应电网的各种复杂操作，且相关控制技术比较成熟，可靠性高，是超高压工程应用的较好选择。
1 SFCL的结构及工作原理
SFCL的基本工作原理是当电力系统正常运行时，旁路断路器处于分位，电容器与限流电抗器发生串联谐振，整体等效工频阻抗几乎为零，不改变系统潮流的正常分布。当检测到系统故障时，通过晶闸管阀及旁路断路器把电容器迅速旁路，相当于使限流电抗器迅速投入到线路中，从而有效地限制住故障电流。SFCL还有另外一个重要的特点：在出现低频功率振荡时，通过适当的控制策略，可以通过就地（或远方）测量到的功率和/或电压信号，调节总体电抗，起到抑制低频功率振荡的作用，即POD (Power Oscillation Damping) 阻尼器的作用。
超高压工程中的SFCL的结构如图1所示。其中，金属氧化物限压器 (图1中的MOV)是电容器组过电压的主保护。晶闸管阀是对电容器组进行旁路、快速接入限流电抗器和保护金属氧化物限压器的主要手段，火花间隙(图1中的GAP)是后备措施。旁路断路器(图1中的BPS)作为开关设备是投入或退出电容器组的基本手段。
3 动模仿真试验
为测试SFCL模拟装置的性能和控制功能，动模实验室搭建了500kV带SFCL动模仿真系统，系统结构如图4所示。等值机6G的机组容量为600MW，等值机14G的机组容量为1000MW，系统2W的短路容量为10000MVA。输电线路的主要参数如表1所示。SFCL的限流电抗器为16.8Ω，串联电容器组的等效阻抗值为16.8Ω。故障点的设置参见图3。试验中使用TFR记录故障电流限制器安装处输入控制保护装置的线路电流信号、电容器组电流、MOV电流以及控制保护装置的开出信号。
试验中模拟SFCL安装线路出口处K12点AB相间金属性故障，故障后控制保护装置9ms动作，将串联电容器组旁路；故障消失后1509ms串联电容器组重新投入线路，试验过程波形如图4所示。
3.2 电容器保护试验
电容器保护包括电容器不平衡保护和电容器过负荷保护。试验中保护压板中仅投入电容器过负荷保护，SFCL线路的负荷电流分别调整为1.4Ie、1.8Ie，测得控制保护装置动作时间分别为30min和10s，动作时间与负荷电流间符合反时限特性。
3.3 MOV保护试验
MOV保护包括MOV过流保护、能量保护。试验中分别投入MOV过流保护、能量保护。当仅投入MOV过流保护时，模拟K12点BC相间金属性故障，故障后10ms过流保护动作，将串联电容器组旁路，故障消失后1520ms串联电容器组重新投入，试验过程波形如图5所示。
当仅投入MOV能量保护时，模拟SFCL安装线路出口处ABC三相金属性故障，故障发生后27ms能量低值保护动作，将串联电容器组旁路，故障消失后1520ms串联电容器组重新投入线路，试验过程波形如图6所示。
3.4 信号联动试验
试验中进行了SFCL阀拒触发、旁路断路器合闸失灵、旁路断路器分闸失灵和线路联动等信号操作，相关保护均可靠动作。
4 结语
超高压SFCL是有效限制超高压输电系统故障电流的切实可行的手段，必然在今后的工程中推广应用。搭建的超高压SFCL动模仿真系统为研究SFCL在各种工况下的运行特性及SFCL工程应用前的检验测试提供了动态模拟测试环境，同时也为研究及检测装有SFCL的输电线路的线路保护创造了条件。
参考文献：
[1]Slade P G，Voshall R E，Porter J. The utility requirements for a distribution fault current limiter [J]. IEEET Trans on Power Delivery，1992，7(2)，507-516.
[2]Shi Zing，Zou Jiyan，He Jun jia，et al. Development of Fault Current Limiting Technique and Its Progress Power System Technology，1999，23(12): 63-66.
[3]YE Y fn g，XIAO Liye，Superconducting fault current limiter applications m electric power systems. Automation of Electric Power Systems.2005，29(13):9 2-97.
论文作者:朱兴邦
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/3/28
标签：电容器论文; 电流论文; 旁路论文; 故障论文; 谐振论文; 线路论文; 流电论文; 《电力设备》2017年第2期论文;