經(jīng)濟(jì)型故障限流拓?fù)渑c應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)張、電力系統(tǒng)中負(fù)荷的迅速增長(zhǎng)以及大容量機(jī)組不斷投入運(yùn)行,短路電流水平的日益提高嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全、可靠與穩(wěn)定運(yùn)行。采用調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、改變系統(tǒng)運(yùn)行方式等傳統(tǒng)短路電流限制措施,盡管可在某種程度上抑制短路電流,但無一例外地將對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性帶來不同程度的負(fù)面影響。因此,研究性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)合理的新型故障限流器(Fault Current Limiter,FCL)是大勢(shì)所趨,對(duì)我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)

2、意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文旨在發(fā)展基于常規(guī)電氣設(shè)備或元件的非超導(dǎo)、非電力電子型故障限流新技術(shù),重點(diǎn)研究其在高壓電力系統(tǒng)應(yīng)用所面臨的科學(xué)與關(guān)鍵技術(shù)問題。研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:基于ZnO避雷器和放電間隙的經(jīng)濟(jì)型故障限流拓?fù)鋬?yōu)化及其數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究；基于永磁偏置原理的經(jīng)濟(jì)型故障限流技術(shù)的探索研究,涉及材料選型、運(yùn)行機(jī)理分析、等效建模與拓?fù)鋬?yōu)化等；經(jīng)濟(jì)型故障限流器應(yīng)用對(duì)高壓電力系統(tǒng)的綜合影響研究,涉及暫態(tài)穩(wěn)定、斷路器開

3、斷特性、自動(dòng)重合閘技術(shù)等方面。
　　 在綜合分析現(xiàn)有串聯(lián)諧振型FCL優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了基于ZnO避雷器和并聯(lián)放電間隙的故障限流新拓?fù)?并開展了中低壓模擬實(shí)驗(yàn)研究,進(jìn)一步建立了110kV等級(jí)限流器的總體設(shè)計(jì)方案及其數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)、診斷、保護(hù)、觸發(fā)與控制系統(tǒng)。此研究工作為超高壓等級(jí)ZnO避雷器式FCL樣機(jī)的研制奠定了理論基礎(chǔ)和技術(shù)依據(jù)。
　　 本文還就基于永磁偏置飽和原理的經(jīng)濟(jì)型故障限流技術(shù)開展了探索研究。針對(duì)系統(tǒng)正常狀

4、態(tài)和故障限流狀態(tài),研究了永磁體與軟磁鐵心的工作點(diǎn)配合準(zhǔn)則；在綜合分析多種典型軟磁材料和永磁材料的磁性能、機(jī)械性能和經(jīng)濟(jì)性能的基礎(chǔ)上,提出了軟磁鐵芯和永磁體材料的選擇原則；詳細(xì)分析了不同永磁飽和型故障限流拓?fù)涞撵o態(tài)和動(dòng)態(tài)場(chǎng)、路特性,建立了等效磁路分析模型；開展原理性實(shí)驗(yàn)研究以尋找提高永磁體偏置能力以及FCL限流性能的有效技術(shù)途徑,為實(shí)現(xiàn)永磁飽和型FCL的高壓大容量化提供了基礎(chǔ)依據(jù)。
　　 短路故障引發(fā)的暫態(tài)功角振蕩以至失穩(wěn)可能威脅

5、到電網(wǎng)的安全運(yùn)行,而FCL在限制短路電流的同時(shí)也參與了系統(tǒng)的暫態(tài)過程,其對(duì)電網(wǎng)暫態(tài)行為的影響值得研究。針對(duì)安裝經(jīng)濟(jì)型FCL的單機(jī)-無窮大系統(tǒng),利用等面積定則詳細(xì)分析了其暫態(tài)物理過程,并進(jìn)行了單機(jī)和多機(jī)系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明:安裝經(jīng)濟(jì)型FCL故障限流器,可有效抑制搖擺曲線的振蕩幅度并縮短衰減周期,延長(zhǎng)系統(tǒng)的極限切除時(shí)間,提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定能力。
　　 安裝FCL可有效降低電力系統(tǒng)的短路電流水平和對(duì)高壓斷路器的遮斷容量要求,但也可

6、能造成更加苛刻的開斷條件。針對(duì)安裝經(jīng)濟(jì)型FCL的系統(tǒng)發(fā)生出線故障和近區(qū)故障的情況,基于理論分析與數(shù)學(xué)推導(dǎo),建立了描述斷路器恢復(fù)電壓上升率與限流比、雜散電容以及近區(qū)故障距離之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式?；谶@些理論公式,研究了各主要參數(shù)對(duì)恢復(fù)電壓上升率的具體影響,并與文獻(xiàn)中的有關(guān)仿真結(jié)果進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了分析方法的有效性。研究結(jié)果為經(jīng)濟(jì)型FCL的參數(shù)優(yōu)化和高壓斷路器開斷特性的選型提供了分析基礎(chǔ)和理論依據(jù)。
　　 進(jìn)一步分析了經(jīng)濟(jì)型FCL不

7、同限流比對(duì)失步故障電流的影響,得到了單回和雙回接線方式下輸電線路臨界長(zhǎng)度的計(jì)算方法。提出了失步故障時(shí)斷路器開斷苛刻度的概念,導(dǎo)出了斷路器開斷苛刻度與FCL限流比的數(shù)學(xué)表達(dá)式,并研究了FCL限流比和雜散電容對(duì)斷路器開斷苛刻度的具體影響。分析結(jié)果表明,為有效降低斷路器對(duì)失步故障的開斷苛刻度,應(yīng)盡量避免將FCL的限流比設(shè)計(jì)在0.5附近,并通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡可能地增大FCL的雜散電容。
　　 在安裝有氧化鋅避雷器式FCL的超高壓線路中,因F

8、CL中串聯(lián)電容器的存在,可能導(dǎo)致潛供電流中含有幅值較大、衰減較慢的低頻分量,易造成潛供電弧不易自熄,使單相重合閘成功率降低。本文針對(duì)安裝氧化鋅避雷器式FCL的500 kV輸電系統(tǒng),利用電磁暫態(tài)計(jì)算程序分析了FCL旁路開關(guān)的不同斷開時(shí)間和不同弧道電阻對(duì)潛供電流特性的影響?；诘刃ё杩咕W(wǎng)絡(luò)和拉普拉斯變換方法,研究了潛供電流自然振蕩頻率與衰減系數(shù)的變化情況,從理論上解釋了潛供電流低頻分量的產(chǎn)生機(jī)理。提出了氧化鋅避雷器式FCL與單相自動(dòng)重合閘的