珠三角、长三角地区部分三相短路电流水平逼近甚至超过开关设备的遮断容量发生超过开关遮断能力的短路事故，将造成区域系统崩溃，大面积停电 。以前对变压器承受短路能力的要求不够严格，在网运行的变压器承受短路的能力普遍较低，经常发生变压器短路后被破坏的情况。单纯提高短路阻抗，易导致变压器成本浪费，负载损耗增加，传输效率降低。短路电流超标问题已成为影响系统安全运行的重大问题，并严重制约我国大型电网运行和发展。
为了限制500kV线路短路电流，防止重大故障发生，2014年6月，广东省500kV东纵至宝安双回线路将加装21欧姆固定阻抗限流器，深圳至鹏程双回线路将加装28欧姆固定阻抗限流器，大大降低了线路传送容量。为了限制220kV电网单相短路和两相短路电流问题，广东地区已大量开展500kV主变中性点加装小电抗的工程建设，根据相关专题研究结论，小电抗的电抗取值为10～20欧姆，该方案对系统过电压影响极小，且不影响绝缘配合，现有变压器中性点的绝缘水平可以满足要求,但仍无法解决500kV变电站短路电流超标问题。
根据珠三角短路电流问题研究的初步结论，限制500kV电网短路电流亟需装备具有较大限流阻抗（20欧姆以上）的短路电流限制设备。我国500kV电网急需一种正常态下表现为低阻抗，短路时表现为高阻抗的高阻抗变化率限流器设备。
我们提出一种强耦合可变阻抗限流器结构方案，研究强耦合可变限流器的电磁特性，提升限流设备的阻抗性能，从而实现限流阻抗大、限流/稳态阻抗比高的高性能限流器，能够提供一种系统正常运行与短路故障时阻抗比大于1:3的限流器。正常运行状态：直流绕组强励磁，铁心深度饱和，磁导率较低，交流线圈呈现低阻抗。短路故障状态：直流切除，铁心磁场在交流线圈电流周期性过零点附近脱离饱和区，交流线圈呈现高阻抗。
紧耦合饱和铁芯型限流器控制原理图见图1
图1
稳态时深度饱和区域, 交流电流不大时dB/dt 很小，阻抗很小
限流态 当交流电流很大时,dB/dt (μ)急剧增大，阻抗较大
稳态 限流态
图2稳态及限流态B-H曲线 图3
紧耦合饱和铁芯型限流器器身结构如图3示，直流励磁线圈与交流线圈共用铁芯柱，直流绕组的励磁效率更高，紧耦合结构稳态阻抗更低；交流柱铁芯直径相同时，紧耦合结构的限流阻抗更大，采用强耦合结构，能更好满足正常状态下阻抗低、短路情况下阻抗大的要求。 通过强耦合结构实现了高/低阻抗的快速切换，可满足系统重合闸的要求。 在系统正常运行时不产生电流畸变，无需增加电容补偿装置，成本低。 限流器对于短路电流的响应为被动响应，由短路电流的增大而电阻自动增大，响应时间几乎为零。
本结构技术特点
单相四柱式铁心 ；直流绕组完全包围交流绕组 ；交流绕组绕向相同 ；交流绕组反向串联其等值电路图见图4，三维模型见图5，铁心磁通分布见图6
图4 图5 图6
原理样机结构设计如下,图7为主视图，图8为俯视图
图7 图8
图9 图10
图9为铁心叠片工序，图10为总装配工序
本研究成果可为进一步研制高压大容量饱和铁芯型限流器提供技术支持，并可在本项目研究的基础之上继续开展更高等级的超导限流器样机的研制。
论文作者:谭文利
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：阻抗论文; 电流论文; 绕组论文; 稳态论文; 铁心论文; 结构论文; 线圈论文; 《电力设备》2019年第4期论文;