葛志杰
国网新疆电力有限公司电力科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830011
摘要：短路故障电流危害巨大，目前断路器的遮断容量已经不能满足系统的需求，将短路故障电流限制在已有断路器的遮断容量以内，才能保证系统安全运行。同时，传统限流电抗器又存在损耗过大、电磁污染等问题，急需一种更先进节能的替代产品，因此新型故障限流器的研究就显得尤为必要。本人就节能型故障限流器的结构及特点进行了简要的分析，并对快速开关型故障限流器的关键技术进行的详细的介绍，希望给相关人士一些启示。
关键词：快速开关；节能型；故障限流器关键技术
引言
电力系统快速发展，成为最主要的能源供应，人们生产生活的方方面面都离不开电，各级电网电力负荷快速增长，电网短路电流水平不断上升，严重威胁电力系统的安全性和电子设备的使用寿命，为了提高电力系统运行的安全性和稳定性，有必要加强关于电力系统故障限流器的研究。
1 节能型故障限流器的结构及特点
1.1 节能型故障限流器的结构
基于节能型故障限流器的结构分析，可以对其工作原理描述如下:系统正常工作时，快速开关呈闭合态，工作电流仅通过快速开关线路，电抗器中无损耗。系统发生短路故障后，电流采集器检测系统电流值越限，故障信息被传送至控制器;控制器迅速预测三相电流过零点的准确时刻，并在过零前发出分闸信号，使开关分闸;快速开关收到分闸信号后，在电流接近过零点时断开各相，从而使限流电抗器接入短路回路，限制故障电流。切除故障后，控制器自动检测到母线电压回升，向快速开关发送合闸信号，快速开关合闸，限流电抗器再次短接，系统恢复正常运行。
1.2 节能型故障限流器的特点
1)动作速度快。经试验测定，快速开关的分闸时间可以控制在5ms以内，系统发生短路故障后10ms左右能将短路电流开断，确保开关触头在电流过零点前分开,有效缩短燃弧时间，保证限流电抗器在故障时能迅速接入短路回路。
2)动作分散度小。新型限流电抗器采用快速涡流驱动的新型电磁斥力开关，合闸时间减少至10ms内，合闸动作分散度不超过0.1ms。
3)开断容量大。由于采用了精确控制的电流过零点开断技术，三相均为临界过零开断动作，缩短燃弧时间差，这使快速开关的开断容量大幅增加，电压开断能力达80kV以上。此外，燃弧量降低进-步减小触头烧灼损伤，延长了快速开关的使用寿命。
4)节能效果好。新型节能型限流电抗器在系统正常运行时无损耗且不需要安装散热设备，减少成本。
2 故障限流器分类
2.1 电力电子型故障限流器
该类故障限流器也称为柔性化短路电流控制器，根据实现方案的不同，可以进一步划分为固态短路限流器、基于功率电子器件的可控故障限流器以及可控串联补偿故障限流器等几类，几种类型中，固态电流限制器应用了电流电子技术，动作响应速度更快，允许动作次数更多，控制操作也更加简单便捷，在电网中的应用较为广泛。
2.2 新材料故障限流器
新材料故障限流器以超导型故障限流器、热敏电阻故障限流器最为常见，尤其是超导型故障电流限流器，兼具检测、转换和限流等功能，能够安全运行在较高电压条件下，短时间内快速限制电流，保护线路设备，有着广阔的应用潜力，是电力工业的新一代技术。
3 快速开关型故障限流器的关键技术
3.1 智能快速开关
快速开关可在20?ms内开断,其结构如图1所示，主要由真空灭弧室、永磁保持机构以及电磁斥力机构等部件组成。
其工作原理为分闸开关收到断路器分闸命令后，分闸储能元件立即向分闸.线圈放电产生磁场感应出铜盘的涡流磁场,涡流磁场和原始磁场产生反向斥力,从而使铜盘向下运动,通过传动杆推动断路器动触头向下运动完成分闸操作。分闸分散度≤0.1ms;合闸分散度≤0.2ms。
图1 快速开关机结构管理 图2 短路电流过零开断限流
3.2 过零点分相开断
FSFCL采用的短路电流过零点分相开断技术可实现该动作要求,过程包括:短路电流快速识别一过零点预测一精确相控开断。其中,短路电流快速识别通过电流瞬时值和变化率来判断,控制器依据预测出的短路电流有效值在故障发生后的数毫秒内准确预测到短路电流过零时刻。快速开关过零开断限流如图2所示，t1时刻发生短路故障,控制器接收到短路电流增大的信号并通过算法准确预测出各相电流过零点时刻，t2时刻(电流过零点前临界时间)快速真空开关触头分离,t3时刻(电流过零时刻)灭弧;短路电流快速转移到电抗器L限流。
3.3 限流电抗器的损耗问题
限流电抗器在配电网中作为常用的限制短路电流的措施,通过增加短路阻抗.的方式来限制短路电流。但传统限流电抗器在系统中无法被短接，始终串在线路中，功耗很大。电抗器的铝线绕组本身具有一定的阻抗，电阻值的大小和铝线质量、电抗器的设计等因素有关。负荷电流流过电抗器时，绕组发生热效应，从而损耗电能。电抗器的有功损耗一般可达到其总容量的1%~3%。电抗器还会产生无功损耗，减少实际输送有功负荷，影响电力企业带负荷的能力，给电力企业带来经济损失。
限流电抗器对电能质量会产生影响,限流电抗器仅在系统发生短路时才起作用，一般发生频率较低，但平时却一直串联在电路当中，负荷电流流过电抗器时，在电抗器.上产生压降，使母线电压降低。当负荷电流变化时，母线电压随之变化，影响供电质量。
传统电抗器结构相对复杂，因其需要长时间串在线路内，为满足散热要求，散热设备体积庞大，功率损耗大。
应用快速开关型故障限流器后,限流电抗器只有在发生短路故障时才接入线路，正常运行时被短接，不会产生有功和无功损耗，减少了散热需求，在设计上减小了体积，简化了电抗器部分的设计，节省电能损耗经济造成的损失，减小了散热设备投资143-45。
3.4 过电压问题
故障限流器采用电感元件限流，由于电感本身的特性，电流从开关转移到限流电感的过程中，电感两端可能会产生过电压，对故障限流器的安全造成威胁，并对系统产生冲击。
对于过电压问题，采用并联氧化锌（ZnO）避雷器组件的方法来解决。正常运行时，快速开关闭合，ZnO组件两端电压低于门槛电压值，ZnO不起作用；短路故障发生后，短路电流逐渐增大，ZnO组件端电压也逐渐大于门槛电压值，ZnO组件导通，将限流电感两端的电压限制在较低的水平，避免限流电感和快速开关受过电压的冲击伤害。
4 结语
综上所述，电网等级的不断提高,电网的规模的不断扩大,大容量机组的相继投入,区域各大电网互联的实现,负荷电流的迅速增长,所有的这些因素将导致在电力系统发生故障时,特别是短路情况下,电流水平的持续升高,一些地区的短路电流已经远远超过了目前断路器的开断能力,发生短路时,会造成严重的安全问题,另外过高的短路电流还增加了系统高压设备选择配置的难度。因此,日益严重的短路电流必须得到足够的重视和有效解决,故障限流器作为一种有效的限制短路电流的方法其技术研究及应用就显得至关重要。
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