柔性配電與故障電流限制技術(shù)

4. 2 超導(dǎo)FCL

超導(dǎo)FCL 簡稱SFCL( Superconductor FCL) ,是利用超導(dǎo)體在由超導(dǎo)轉(zhuǎn)換為正常狀態(tài)后阻抗增大來限制故障電流。它有多種實現(xiàn)方式。

1) 電阻型SFCL 由高溫超導(dǎo)(High T emper2ature Superconductor, HT S) 線圈與并聯(lián)的普通線圈構(gòu)成。正常運行時, 線路電流全部通過處于超導(dǎo)狀態(tài)的HT S。在出現(xiàn)短路故障時, HT S 線圈因流過它的電流超過臨界值而呈現(xiàn)高電阻, 電流被轉(zhuǎn)移到普通線圈上去, 達到限流目的。

2) 橋路型SFCL 構(gòu)成原理如圖8 所示, 它由二極管V1~ V4、HT S 線圈和直流偏壓源Gb 組成。調(diào)節(jié)Gb的值, 使流過HTS 線圈的電流大于線路額定電流峰值。正常運行時, 橋路始終導(dǎo)通,HT S 線圈兩端電壓為零。一旦發(fā)生短路故障,HT S 線圈失超轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦锠顟B(tài)串入線路中限流。

3) 變壓器型SFCL 由通過線路電流的原邊常規(guī)繞組、副邊短接的高溫超導(dǎo)線圈和鐵芯組成。正常運行時, 超導(dǎo)線圈阻抗為零, 變壓器因副邊被短接而呈現(xiàn)低阻抗。故障時, 超導(dǎo)線圈因變壓器副邊電流很快超過臨界值而失超, 副邊電阻瞬間變大, 導(dǎo)致變壓器原邊的等效阻抗很快增大,從而限制故障電流的增加。

4) 飽和型SFCL 是一種非失超型的限流器,由鐵芯、一次交流繞組、二次直流HTS 繞組及直流偏置電源等構(gòu)成( 見圖9) 。當(dāng)額定交流電流通過一次繞組時, 選擇合適的直流偏置電源使兩個鐵芯均處于深度飽和狀態(tài)。而當(dāng)出現(xiàn)故障時, 瞬間增大的電流使交流線圈在鐵芯中產(chǎn)生的磁動勢接近于直流磁動勢, 使兩個鐵芯分別在正負半波退出飽和, 系統(tǒng)呈現(xiàn)高阻抗而起到限流的作用。

5) 磁屏蔽型SFCL 由外層的銅線圈、中間的HTS 線圈和內(nèi)側(cè)的鐵芯或空心電抗器組成, 銅線圈接入線路。正常運行時, HTS 線圈感應(yīng)磁通可抵消( 屏蔽) 銅線圈產(chǎn)生的磁通, 整個裝置呈現(xiàn)很小的電抗值。當(dāng)電流超過一定值后, HTS 線圈失超,磁屏蔽作用消失, SFCL 呈現(xiàn)較大阻抗而限流。

總之, SFCL 能在較高電壓下運行, 可在極短時間( 百微秒級) 內(nèi)有效地限制故障電流, 是FCL發(fā)展的重要方向。目前SFCL 技術(shù)尚不夠成熟,還需要解決電流整定困難、失超后的散熱維護等問題。由于SFCL 失超后恢復(fù)時間過長, 不適于需要快速重合閘的場合。

4. 3 熱敏電阻FCL

熱敏電阻( PTC) 是一種非線性電阻, 室溫時電阻值非常低, 當(dāng)故障電流流過時, 材料發(fā)熱升溫, 在溫度升高到一定值時, 電阻值在微秒時間內(nèi)提高8~ 10 個數(shù)量級, 從而起到限制故障電流的作用。熱敏電阻FCL 已在低壓( 380V) 系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。由于單個PTC 元件的電壓與電流額定值不高, 且存在電阻受外界因素影響大、電阻恢復(fù)時間長等缺陷, 限制了其在高壓系統(tǒng)中的應(yīng)用。

4. 4 固態(tài)FCL

固態(tài)FCL 由半導(dǎo)體器件構(gòu)成, 能夠在達到峰值電流之前的電流上升階段就中斷故障電流。圖10 給出了一種固態(tài)FCL 的結(jié)構(gòu), 正常工作時, 半導(dǎo)體開關(guān)(GTO1 與GTO2) 導(dǎo)通流過負荷電流,對系統(tǒng)運行無影響。當(dāng)檢測到故障電流后, 半導(dǎo)體開關(guān)被關(guān)斷, 電流轉(zhuǎn)移到電抗器上, 從而限制了故障電流。

圖10 固態(tài)限流器原理圖

固態(tài)FCL 也是一種DFACTS 設(shè)備。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展, 固態(tài)FCL 技術(shù)愈來愈成熟,目前已在中低壓配電設(shè)備中獲得應(yīng)用。