快速开关型故障限流器的设计及其在电网中的应用

快速开关型故障限流器的应用是目前在电网中最具有实用价值的限流措施之一。介绍了快速开关型故障限流器的原理和组成,并对其核心组成部件—电磁斥力操作机构及其供电和触发单元的设计方法进行了详细阐述,并通过仿真及样机实测结果说明了设计方法的正确性。最后,介绍了快速开关型故障限流器在新疆五彩湾地区电网中的工程应用实例,通过分析现场实测波形说明了快速开关型故障限流器在工程实际应用的有效性。     

多断口快速开关型高压故障限流器

随着电网容量不断发展,局部地区电网短路电流过高,严重威胁系统稳定、安全运行。文中提出了一种多断口串联的高压快速开关型故障限流器,通过隔离变压器将操作机构与断口等电位,采用“一拖二”式电磁斥力机构,取消了绝缘拉杆,既实现了快速分合闸,也解决了故障限流器采用电容式电压互感器供能时系统不带电情况下无法分合闸的问题。另外,通过三维有限元仿真,优化设计了双线圈串联型斥力机构参数,提取了多断口对地杂散电容,并通过增加断口均压电容保证多断口均压一致性。最后,搭建了LC振荡试验回路,对所研制的220 kV多断口串联快速开关型故障限流器进行了原理验证,获得了多断口快速开关在向限流电抗转移短路电流动态过程中的均压特性。此外,对该样机快速开关进行了不同燃弧时间的开断合成试验,试验测试结果表明,快速开关能够在一个周期内开断高直流分量的短路电流。     

基于电磁斥力机构的快速接地开关的仿真与设计

快速接地开关通过装置的快速动作形成的金属性短路熄灭故障电弧,从而保障设备以及人身安全。通过理论分析以及有限元仿真软件（ansoft）研究了快速接地开关最重要的两部分：电磁斥力机构以及永磁保持机构。通过改变电磁斥力机构的结构和电气参数获得了这些参数之间的关系并且设计了新型快速接地开关。仿真结果表明,样机的反应以及合闸时间都与设计相符,达到了快速接地开关的设计要求。     

电磁斥力快速开关研究

基于电磁斥力原理的快速开关具有操作机构简单,分闸速度快等优点,在混合型直流断路器以及故障限流器等场合起关键作用。文中通过三维有限元仿真与试验验证,对影响电磁斥力机构出力特性的多个参数进行了分析。并且在样机研制和测试过程中,重点分析了快速开关分闸弹跳过大并容易导致分闸失败的原因,推导了分闸弹跳物理过程中各参数的数学关系。测试结果表明,其9 mm满行程时间为2.9 ms,分闸反弹不超过2 mm。最后在总结15 kV中压快速开关研究的基础上,提出了高压快速开关的研究方向和重点。     

基于快速开关的节能型故障限流器

提出快速开关型限流器的拓扑结构,并对其限流原理和取能方式作了介绍分析,通过Matlab软件仿真分析其限流效果。本文所介绍的故障限流器,拓扑结构简单,在正常状态下由快速开关短路,完全没有电能损耗,应用最新的快速开关技术,相对于现有限流器来讲开关的分合闸动作时间更快。     

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。     

基于超快速电磁斥力开关的新型混合式限流开关的设计与试验

针对直流电网短路故障时迅速产生的短路电流,提出了一种零电压型混合式直流短路电网限流开关拓扑结构,以超快速电磁斥力式机械开关为通流支路,用快速限流熔断器代替固态开关支路和能量吸收支路的功能。开发出额定为640V／2500A的原理样机,试验结果表明样机将预期峰值为100kA,时间常数为4．17ms的短路电流限制10kA以下,证明了所设计限流开关工作的快速有效性。     

基于双向电磁斥力机构的高压快速开关 缓冲特性研究

高压直流断路器对机械开关提出了进一步向快速性和高电压方向发展的需求,而缓冲问题是研制高压快速开关的瓶颈问题之一。该文针对基于双向电磁斥力机构的高压快速开关缓冲特性展开研究。首先,通过实验获得了无缓冲、聚氨酯缓冲、液压缓冲和电磁缓冲四种实验条件下快速开关的行程特性,证明了电磁缓冲是最适于快速开关的缓冲方式。然后,通过改进等效电路法,对采用电磁驱动和电磁缓冲技术的快速开关建立了综合仿真模型,通过对40.5kV快速真空开关样机进行实验,验证了仿真模型的有效性。最后,基于仿真模型,从理论上揭示了缓冲电流方向和缓冲施加时刻对电磁缓冲效果的影响规律,并给出了其设计原则。该文的研究成果解决了快速开关中的缓冲难题,为研制高压快速开关奠定了基础。     

超快速隔离开关电磁斥力机构设计及试验研究

直流断路器的故障切除时间主要决定于关键元件超快速隔离开关的动作时间。文中对超快速隔离开关的电磁斥力机构工作原理进行研究,得到建立电磁斥力机构的有限元模型。仿真分析线圈参数、金属盘尺寸等因素对超快速隔离开关动态特性的影响,在此基础上对电磁斥力机构参数进行优化。最后对设计超快速隔离开关进行动态特性测试,测试结果表明设计的电磁斥力机构能满足超快速隔离开关2 ms运动到耐受故障切除过程中的暂态开断电压TIV的绝缘距离要求,验证了设计的有效性,为混合式高压直流断路器的实现提供了保证。     

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。     

Study of Superconductor Recovery Time Characteristics and High‐Speed Reclosing of Electromagnetic Repulsion Switch

Using a high‐temperature superconductor, we constructed and tested a model superconducting fault current limiter (SFCL). The superconductor and a vacuum interrupter serving as the commutation switch were connected in parallel using a bypass coil. When the fault current flows in this equipment, the superconductor is quenched and the current is then transferred to the parallel coil due to the voltage drop in the superconductor. This large current in the parallel coil actuates the magnetic repulsion mechanism of the vacuum interrupter and the current in the superconductor is interrupted. Using this equipment, the current flow time in the superconductor can easily be minimized. On the other hand, the fault current is also easily limited by the large reactance of the parallel coil. This system has many advantages. Thus, we introduced an electromagnetic repulsion switch. High‐speed reclosing after interrupting the fault current in the electrical power system is essential. Thus, the SFCL should recover to the superconducting state before high‐speed reclosing. But the superconductor generates heat at the time of quenching, and it takes time to recover to the superconducting state. Therefore, the recovery time is an issue. In this paper, we study the superconductor recovery time. We also propose an electromagnetic repulsion switch with a reclosing system. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 175(3): 12–19, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21072     

电力系统故障限流器研究综述

总结了电力系统故障限流器(fault current limiter,FCL)的研究和发展现状,介绍了FCL的主要分类、特点以及不同限流方式的经济型FCL实现方案,归纳了FCL实用化研究中需要解决的关键问题,包括：FCL与电力系统整体性能的交互影响;FCL与电网中发电机、变压器、断路器、继电保护装置等关键设备的交互影响;FCL的经济性评价;FCL的优化设计;FCL在线状态监测等。文章还简要介绍了作者针对ZnO避雷器式故障限流器提出的新型实用化设计方案及其应用研究的进展情况。     

混合型限流器高压转换开关电动斥力简化计算

混合型限流器的关键部件电动斥力机构目前主要采用有限元软件仿真分析,为了能使用简单可行的解析手段分析电动斥力机构,提出了按其能量平衡方程推导出的斥力表达式,即斥力等于驱动电流的平方与等值电感对动盘位移微分的乘积,且后者在动盘运动初瞬为常数。利用加速度传感器间接测量电动斥力,结果表明等值电感与动盘位移间有线性关系。实测加速度滞后驱动电流约100μs,原因是斥力从动盘传至加速度传感器过程的机械传输时间。试验结果与理论分析一致,证明电动斥力在动盘运动初瞬全部用于产生加速度,而后随动盘速度和位移增大加速度逐渐减小。     

真空触发间隙式限流器的原理与实验研究

介绍了一种新型的可用于电力系统故障限流的真空触发间隙式限流器的系统设计原理结构和它的控制方法及工作特点.     

基于可控串补的故障限流器

研究了一种基于可控串补结构的故障限流器,可对电网进行功率控制并在故障时降低短路电流水平。该故障限流器主要由并联电容、并联电感、反并联晶闸管和与开关并联的串联电感构成。开关用于装置在串补和限流模式间进行切换,装置正常工作时运行于串补模式,故障时迅速切换到限流模式运行,有效限制短路电流。该装置在原有串补装置上改动较少,可为现有设备增加故障限流功能做参考。通过Matlab/Simulink软件对系统进行仿真研究,结果表明此装置能够控制功率并限制短路电流,是电力系统中可靠的保护和控制装置。     

新型磁控开关型故障限流器参数设计及模型机研究

基于饱和铁心型高温超导故障限流器拓扑,提出了一种适用于中高压电网的磁控开关型故障限流器结构。通过工作原理分析,论证了此拓扑结构的可行性,建立了限流器的数学模型和简化电路模型,推导出这种限流器系统的设计公式,并在此基础上研制了一台220V/50A限流器模型机。试验结果表明,该故障限流器具有快速、有效的故障电流限制作用,且具有结构简单可靠,运行控制灵活的特点。     

新型电磁推力机构设计与仿真分析

电磁推力机构是一种利用涡流原理制作的新型快速操动机构,在电力系统故障限流、电能质量控制以及相控开关等诸多领域具有广阔的应用前景。本文通过对电磁推力机构的原理和结构进行分析,提出并设计了一台12kV断路器用配永磁保持的新型电磁推力机构,并利用有限元分析软件Maxwell对设计模型进行仿真分析。计算出保持力数值与设计值基本相符,此外,得到该机构的动态参数:仅需1.25ms就可完成合闸,平均速度可达8.8m/s,满足设计要求,从而验证了设计的合理性。