基于自收缩效应液态金属限流器的研究

针对基于自收缩效应的液态金属限流器(LMCL)进行了限流特性的试验研究,得到了不同预期短路电流下的限流效果.试验结果表明,预期短路电流越大,限流效果越明显,在预期短路电流峰值为20 kA,电流上升率为10 A/μs的情况下,LMCL能够在1 ms内自动起弧,并通过快速上升的电弧电压迅速将短路电流限制在12 kA.     

自收缩效应型液态金属限流器限流特性影响因素的研究

基于自收缩效应的液态金属限流器(liquid metal current limiter,LMCL)有自动检测限流、故障排除后可自恢复、填充介质对环境友好、结构简单以及体积小的独特优点,具有良好的应用前景。通过测量不同情况下限流过程回路电流以及LMCL的电弧电压,实验研究了LMCL限流特性的影响因素,为LMCL结构的优化设计提供参考依据。实验结果表明:LMCL的限流效果随着弧前时间的缩短以及电弧电压的上升而愈加明显,弧前时间和电弧电压受预期短路电流和LMCL结构参数的影响;同时实验过程中发现,大电流下电弧压力对LMCL限流性能会产生不利的影响,为解决此问题,提出了一种带有压力释放功能的限流器结构,可以有效地改善限流效果。     

基于PSCAD/EMTDC的液态金属限流器暂态过程研究

为了正确模拟液态金属限流器的限流过程,以液态金属限流器短路试验系统为研究主体建立了基于电磁暂态分析仿真平台PSCAD/EMTDC的含液态金属限流器的非线性电路仿真模型,并对液态金属限流器限流暂态过程进行了仿真分析.针对液态金属限流器燃弧过程复杂的特点,基于电弧的外特性采用设定等效时变非线性电导的方法对燃弧过程进行了模拟.仿真分析得到的液态金属限流器限流暂态过程中电压电流特性符合实际试验结果,证明了该方法对于模拟液态金属限流器暂态过程的正确性.     

基于PSCAD／EMTDC的液态金属限流器暂态过程研究

为了正确模拟液态金属限流器的限流过程,以液态金属限流器短路试验系统为研究主体建立了基于电磁暂态分析仿真平台PSCAD／EMTDC的含液态金属限流器的非线性电路仿真模型,并对液态金属限流器限流暂态过程进行了仿真分析。针对液态金属限流器燃弧过程复杂的特点,基于电弧的外特性采用设定等效时变非线性电导的方法对燃弧过程进行了模拟。仿真分析得到的液态金属限流器限流暂态过程中电压电流特性符合实际试验结果,证明了该方法对于模拟液态金属限流器暂态过程的正确性。     

基于液态金属自收缩效应的故障电流触发器

随着舰船电力系统容量增大,系统短路电流水平急剧上升,传统电磁脱扣保护装置难以满足现代舰船电力系统快速保护需求。提出了一种液态金属型故障电流触发器,利用液态金属GaInSn在短路电流条件下的自收缩效应产生弧压作为动作信号,具有反应速度快、可靠性高、可自恢复等优点。搭建了液态金属型故障电流触发器弧前特性试验平台,设计了额定1 kA的装置样机,进行了温升及弧前特性试验。试验结果表明:液态金属型故障电流触发器额定1 kA通流条件下电极温升仅为43 K,其稳态通流能力主要受电磁力作用约束;液态金属型故障电流触发器弧前时间与di/dt近似呈反比关系,当电流上升率为10.3 A/μs时,触发器弧前时间为1.09 ms。液态金属型故障电流触发器可作为混合型限流断路器的短路电流检测装置,对提高装置可靠性、实现快速限流具有重要意义。     

基于正温度系数热敏电阻的新型限流保护方法研究

分析了现有短路电流限制技术的发展现状，提出一种基于正温度系数(positive temperature coefficient，PTC)热敏电阻的可恢复型混合式短路限流装置的拓扑结构。通过将PTC热敏电阻与超快速分断开关并联，有效提高了限流装置的额定通流能力，并充分利用PTC材料的电阻快速变化特性，提高装置限流能力，降低限流装置对于PTC材料额定通流要求。给出该型限流装置的检测判断原理及控制策略，分析其限流过程。完成基于PTC热敏电阻的混合式短路限流装置应用于蓄电池组电源短路限流的试验测试，通过不同设定电流值时的限流试验结果，证明所设计的装置能快速有效限制短路电流，具有良好的应用前景。     

基于高耦合电抗器的500 kV限流器限流特性等效试验

基于高耦合电抗器的500 kV限流器在限流状态下的阻抗较大,而由于试验室电源电压有限,限流状态下的试验电流远小于额定短路电流,因此500 kV限流器在额定短路工况下的限流特性试验和动稳定性考核试验无法直接进行。针对上述问题,提出了一种间接验证限流器限流特性的等效试验方法。通过设计降低阻抗参数的比例缩小样机,在试验室条件下进行全电流的比例缩小样机间接试验,同时结合试验室内500 kV限流器比例缩小样机的低电压试验和500 kV限流器接入实际系统的高电压人工短路试验,综合验证500 kV限流器的限流能力。研究结果表明,500 kV限流器在额定短路工况下的限流幅度满足设计要求,所设计试验方法具有良好的等价性。     

基于自收缩效应液态金属限流器中电弧行为特性的实验研究

研究基于自收缩效应液态金属限流器(LMCL)中的电弧行为特性。设计了具有LMCL基本结构特征的实验模型。利用高速摄影技术获得的起弧和燃弧过程的影像以及通过数字示波器记录的电弧电压和电流波形,揭示了液态金属中电弧起弧机理,分析了电流对弧前自收缩过程的影响,研究了在单孔条件下电弧形态随电弧电压的演变规律。同时在实验过程中发现了电弧对电极的侵蚀现象,并通过分析其成因提出一种能够有效避免侵蚀的电极结构改进方法。该研究对进一步提高LMCL限流性能具指导意义。     

新型饱和铁心高温超导限流器的实验研究

饱和铁心型超导限流器的直流超导绕组中的直流影响短路故障电流的限流效果,研究发现,饱和铁心型超导限流器直流超导绕组中的直流还可以抑制谐波,并减少正常情况交流电流的波形畸变率。该文提出了一种新型饱和铁心高温超导限流器。新型饱和铁心高温超导限流器在正常工作情况下,两个固态开关SSTS处于闭合状态,直流超导绕组中的直流使饱和铁心型超导限流器处于饱和状态,限流器不会出现限流现象。在短路故障情况下,两个SSTS快速动作,断开限流器直流超导绕组中的直流,提高限流能力,同时使限流电阻快速串入超导限流器的交流回路限流,进一步提高限流效果。研究了该新型限流器的工作原理,分析限流参数的变化对其限流特性的影响。通过仿真和和实验研究发现,新型限流器的限流效果非常明显,并能实现线路重合闸,电网的稳态和暂态短路电流显著减少,电网电能质量和动态稳定性得到有效提高。     

混合型限流及开断技术发展综述

混合型限流及开断技术是将高速机械开关、固态开关、快速熔断器、超导限流器、液态金属限流器等几种技术有机结合的一种新型限流及开断技术,通常具有几种技术的优点,克服了它们单独应用时的缺点,因此具有广阔的应用前景。文章详细介绍了混合型限流断路器、混合型限流熔断器、混合型超导限流器和混合型液态金属限流器的工作原理及其发展现状,对不同的拓扑方案进行了对比分析,总结了各类混合型限流及开断技术各自的优缺点,归纳了未来混合型限流及开断技术需要进一步研究的内容和发展方向。     

解决电能质量的快速转换开关技术

介绍了快速转换开关技术在电能质量领域的应用前景.结合已研制的快速转换开关样品,阐明了开关的结构特点和工作原理以及综合式故障限流器的实现方案.大量实验表明,快速转换开关的快速开关特性能满足动作时间要求,构成的综合式故障限流器也可顺利实现故障电流的两级快速转移.这些技术对提高电力系统供电质量有重要意义.     

Solid-state current limiter for power distribution system

To prevent voltage decrease of distribution systems, the principle and fundamental characteristics of a solid-state current limiter using GTO thyristors were investigated. Basic components of the apparatus were a fast solid-state switch and a current limiting impedance of low resistance in parallel with the switch. Experimental results of the test current limiter showed the fault current was limited successfully, regardless of DC component size. The time from detection of fault occurrence to interruption of the fault current by the solid-state switch was 40 μs. This time was very short in comparison with that before the fault current reached a large value. Thermal rise of the solid-state switch for conduction was solved by a self-cooling apparatus using a noncombustible cooling liquid. The results indicated that the solid-state current limiter was a valuable protecting device for high fault current distribution systems     

基于快速开关的串联谐振型故障限流器的仿真

为限制电力系统短路电流,提出了一种开关作为电容器短路元件的串联谐振型故障电流限制器拓扑。以220kV单相线路为例,利用EMTP软件对这种限流器拓扑的动态工作特性进行仿真分析。提出了2种有效措施,以抑制电流转移过程由杂散振荡导致的电容支路高频过电流和过电压现象,仿真结果表明,在电容支路中串入电抗器比在快速开关支路中串入效果更佳。快速开关的合闸时间对限流效果至为关键,对此做了具体分析。结果指出,快速开关的合闸时间须足够短(10ms以内),才能有效实现故障限流。该故障限流器拓扑结构简单、响应速度快,其中的快速开关只进行快速合闸操作,不需要具备电流开断能力,易设计,造价低廉。     

工频零点电流转移限流及40.5kV快速真空开关仿真

随着电网的发展和负荷密度的增加,故障电流不断增大,如不采取措施,一些区域的故障电流将超过现有断路器的开断能力。笔者提出了一种基于工频零点电流转移的限流器方案。由快速真空开关和限流阻抗并联组成限流器,放弃限制故障电流的第一个峰值,降低了限流器实现的难度。笔者从工作电压、电流转移、动稳定性和热稳定性,以及快速真空开关等方面,论证了这种限流器的可行性。建立了基于等效回路法的仿真分析方法,对40.5kV真空断路器的电磁斥力机构进行了计算和优化。结果表明,工频零点电流转移型限流器所需的快速真空开关是可以实现的。     

两次电流转移型短路电流限制器的研究

研究了基于两次电流转移的短路电流限制方案,它由快速开关、门极关断晶闸管(GTO)和限流电阻并联组成.限流过程包括两次电流转移:快速开关至门极关断晶闸管,再至限流电阻.采用快速开关可显著减少限流器的运行损耗,采用GTO可降低电流转移的难度.研究表明,在电弧电流向GTO转移的过程中,电弧电压和转移回路电感对电流转移时间有重要影响,提高电弧电压是实现快速转移的关键.     

两种新的限流技术

介绍两种低压电器新的限流技术,粉末颗粒分断技术与液体金属限流器.分析了它们的作用原理、结构方案与实验研究结果.     

一种基于快速开关的新型故障限流器研究

为使电网日益增长的短路电流得到有效限制,提出一种基于快速开关的新型故障限流器(fast switch fault current limiter,FSFCL)。分析介绍了FSFCL的拓扑结构、原理及关键技术,深入研究了FSFCL在电网中的限流原理,利用MATLAB/Simulink仿真软件验证了其限流效果,并采用PSASP仿真验证了FSFCL接入电网后的暂态稳定性。仿真结果表明:FSFCL对短路故障产生的大电流和电压降落问题限制效果显著,且FSFCL安装后系统的暂态稳定性有所提升。