实际调研与分析表明，只有安装在高压或超高压电网内，故障限流器才具有实际应用价值，凸现其技术和经济上的优越性。从中近期技术上的可能性（包括运行经验及相关可靠性）与经济性（包括造价、运行费用）等各方面考虑，超导型和电力电子型故障限流器在近期内尚难以在高压电网中推广应用。鉴于上述情况，人们与此同时也开始转而探索其他形式的故障限流理论与创新技术，意在通过科学研究和技术创新实现限流拓扑的优化，促进故障限流器朝高压大容量化发展，并因此出现了种类繁多的非电力电子型、非超导型的故障限流技术方案，且愈加引起相关研究人员的重视。在此，把基于常规电气设备或元件的非超导、非电力电子型故障电流限制器统称为经济型故障限流器。

在经济型故障限流技术研究领域，串联谐振型FCL和永磁饱和型FCL等，是解决高压电网短路容量过大问题的较优选择。这些限流器不仅可把短路电流限制到较低水平，而且具有运行可靠性高、无需外加控制而实现自动投切、价格低廉和技术经济性能好等明显优点，能克服前述现有限流技术的不足，有利于在高压甚至超高压电网投入使用，是目前最为经济、实用、可靠的故障限流技术之一。然而，无论是基于常规设备的串联谐振型FCL，还是永磁饱和型FCL，要实现其在高压及超高压电力系统的应用，仍面临诸多有待深入研究的关键科学与技术课题。

1.基于常规设备的串联谐振型FCL

基于常规设备的串联谐振型FCL的实现可有多种拓扑电路，具体包括饱和电抗器式、避雷器式和预击穿高压开关式等，该种装置可自启动实现故障限流，而一般无需短路电流自动检测元件，被认为当前技术较成熟的限流器。

（1）基于饱和电抗器的串联谐振型故障限流器

如图1-13所示，它由饱和电抗器L_B、电容器C和电感器L组成。利用饱和电抗器在短路大电流下的饱和特性，可将电容器短路，从而打破正常工作条件下的串联谐振状态，自动实现对短路故障电流的抑制。在故障切除后，电抗器即刻失去饱和，电容器即时接入，电路自动恢复串联谐振状态，正常运行时损耗很小。工作在电磁瞬态时，饱和电抗器和电容器互为过电压保护，即电抗器对电容器可起到工频过电压保护作用，电容器对电抗器可起到冲击过电压保护作用。

图1-13 基于饱和电抗器 的串联谐振型FCL

如何设计满足要求的饱和电抗器是基于饱和电抗器的串联谐振型故障限流器设计过程中的关键问题。不同的饱和电抗器特性会带来不同的过电压与过电流现象，需要进行优化分析与设计。

（2）预击穿式串联谐振型故障限流器

如图1-14所示，它基于高压开关预击穿原理而工作，是一种结构简单、运行可靠性高、价格低廉和技术性能好的串联谐振型FCL。该种FCL由电容器C、限流电感器L、预击穿型高压开关K及其串联阻抗Z组成，与电容并联的ZnO避雷器作为过电压保护。当系统突发短路时，电容器C上的电压将迅速上升，在短时间内超过开关K触头间的预击穿电压，引起触头间的击穿现象将电容器短路，从而打破常态下的串联谐振条件，实现对短路故障电流的抑制，同时预击穿型高压开关快速合闸，以免触头遭受较长时间的强电流电弧烧损。串联阻抗Z用于限制预击穿电流。故障切除后，预击穿型高压开关即刻分闸，电路恢复到谐振状态。预击穿型高压开关的合、分闸操作，可由预击穿电流控制的电磁铁自动完成；触头间隙击穿通流时，电磁铁产生吸力，使预击穿型高压开关迅速合闸；短路电流消失后，吸力减小，预击穿型高压开关自动分闸。

图1-14 预击穿式串联谐振型FCL

预击穿式串联谐振型FCL不需控制设备，预击穿型高压开关可由一般负荷开关改进设计而成，无技术难点，但是这种高压开关的参数需要特别设计，具体包括断口工作电压、断口击穿电压最优范围、开关时间等。另外，操作电磁铁的动作特性也需要专门考虑。

（3）基于避雷器的串联谐振型故障限流器

将饱和电抗器换成ZnO避雷器，就构成了基于ZnO避雷器的串联谐振型FCL，如图1-15所示。发生短路故障时，ZnO避雷器使电容器C短路，其工作原理类似于饱和电抗器型FCL。利用ZnO避雷器的非线性电阻特性，通过选择避雷器的合适残压可有效限制电容器上的过电压，但也会导致串联电抗器上的电压较高，其绝缘设计水平要求高。分析表明，将ZnO避雷器特性与电抗器、电容器的参数进行优化配合，可在有效限制电容器过电压的同时，获得较好的短路电流限制特性。

图1-15 基于避雷器的串联谐振型FCL

基于避雷器的串联谐振型FCL采用易于获得的电容器、电抗器和ZnO避雷器构成，不仅具有实施简便、价格便宜、工作损耗小、可靠性高、电磁兼容性好、抗短时大电流热效应能力强、无需另设继电保护等优点，而且在限制短路电流时具有自动快速投入、故障切除后自动恢复等特点，有利于电力系统电压稳定和暂态稳定，在断路器多次重合时有较好的性能表现。因此，在众多的串联谐振型故障限流器中，ZnO避雷器式FCL是一种较优的限流拓扑。

基于避雷器的串联谐振型FCL的技术难点在于解决ZnO避雷器的吸能问题。在避雷器动作将电容器短路后，它必须在相当长时间内（如80ms）承受限制后的系统短路电流，吸收大量能量而导致发热，因此对避雷器的暂态吸能能力要求极高，同时也影响到故障限流器的运行安全。为解决避雷器的吸能问题，研究改进的ZnO避雷器式限流器拓扑电路，是实现该种限流技术的关键所在。(www.daowen.com)

（4）基于快速开关的串联谐振型故障限流器

串联谐振型故障限流器的主要原理是在故障时快速将谐振电容短路，使得电容器快速退出，从而使得电抗器起到限流作用。因此，如果控制电容器短路退出的开关动作时间能够满足要求，则可简化限流器的拓扑结构，由此也就出现了一种新的限流器——基于快速开关的故障限流器。

2.永磁饱和型故障限流器

随着磁饱和技术，特别是磁性材料和磁路拓扑设计的不断发展和完善，永磁饱和型故障限流器（PMFCL）在高压电力系统中的应用前景较好，近来愈加引起研究者的重点关注。加拿大Toronto University、日本Kanazawa University、英国ARE-VA T&D Technology Centre以及国内清华大学、山东大学等科研机构相继开展了前期仿真与实验研究，还研制了一些低压样机，取得了非常有价值的基础性研究成果。

如图1-16所示，永磁饱和型FCL由软磁铁心、交流铜绕组和永磁体组成。系统正常运行时，限流器依靠永磁体产生的直流偏置磁场使软磁铁心处于深度饱和状态，对外表现为低阻抗；系统发生短路故障时，短路电流使铁心在一个周期内交替脱离饱和，交流绕组的阻抗迅速增大，从而自动限制短路电流的增加。

永磁饱和型FCL不需要额外的直流绕组和电源，提高了运行可靠性。其拓扑结构和制造工艺类似于油浸变压器，可借鉴已较为成熟的设计加工工艺。永磁饱和型FCL具有运行可靠性高、无需外加控制而实现自动投切、价格低廉和经济性能好等明显优点，能克服现有限流技术的不足。

图1-16 永磁饱和型FCL的结构

图1-16所示的永磁饱和型FCL也面临一些亟待解决的问题。交流线圈套在永磁体上，合成磁通作用可能导致永磁体去磁，特别是在短路大电流时，永磁体去磁的情况会更严重。为解决此问题，有人提出了一种“日”字形的磁路结构，如图1-17所示，该种FCL采用了永磁并联偏置方式。这种FCL采用一个铁心、一块永磁体与两个交流绕组。绕在两侧铁心分支上的交流绕组产生相反的磁场，短路故障时可在正负半波交替退出饱和以实现限流。该设计方案可节约铁心材料，降低制造成本。英国AREVA T&D Technology Centre还提出了一种“口”字形永磁饱和型FCL（见图1-18），在设计上较“日”字形更为经济，其永磁体分成上下两部分与铁心串联，不仅减小了漏磁，还使结构设计更加简洁。

图1-17 日字形PMFCL

图1-18 口字形PMFCL

由以上分析可知，在保证永磁饱和型FCL限流特性的前提下，通过优化磁路结构可大大提高其技术经济性。在此基础上，清华大学研究人员提出了直线型PMFCL，铁心结构简单，容易加工。如图1-19所示，直线型PMFCL的工作原理如下：电网正常运行时，每相两侧的软磁铁心都处于深度饱和状态（饱和方向相反），对电网影响（电压降落与无功功率损耗）很小；当出现短路电流时，因每相两侧的铁磁材料饱和方向相反，其工作点会交替脱离饱和，磁导率大幅度增加，电感值剧增，从而实现限流。因每相绕组都是同时套在两侧的铁磁体上，一个绕组会等效于两个绕组，在正、负半波均起作用。此设计方案即可有效避免永磁体的去磁问题，同时可大大节约铁磁材料。

但是采用这种结构，限流器的性能受到空气隙的影响很大。正常情况下，由于空气隙的存在可以容易地达到较小的电感值，发生故障后要求电感值增大到正常电感的一定倍数，因此空气隙的磁阻必须远小于铁心的饱和磁阻，这对铁心的结构尺寸提出了较高要求。

图1-19 直线型永磁饱和型故障限流器

迄今为止，国内外关于永磁饱和型FCL的研究还多停留在低压等级，缺乏高压大容量等级的基础性研究，而这恰恰是实现该故障限流技术在高压电网获得应用的关键所在。