低压模拟实验的目的，主要是验证ZnO避雷器式FCL的动态限流特性，为研制更高电压等级的FCL样机奠定技术基础。

低压物理模拟实验的电路如图3-1所示。整个实验电路可分为三个部分，即充电回路、故障限流器和放电回路。线路中电抗器L和电容器C₂被设计成在工频下处于串联谐振状态。先给电容器C₁充200V到1000V不等的电压，然后控制它向故障限流器放电，线路中将有较大电流通过，ZnO避雷器（MOA）两端的电压也将升高。当避雷器两端的电压超过其参考电压（U_ref=600V）时，避雷器动作并把C₂短路，谐振条件被破坏，即把电抗L串入线路中实现限流目的。需要说明的是，由于实验电源为充电电容器，其电容值将影响到振荡频率偏离工频，但这并不影响对限流效果的考核。

充电回路是用220V电源通过调压变压器给电容器C₁充电，如图3-2所示。由于调压变压器T高压侧的电流最大不能超过100mA，所以回路中串联了一个大小为60kΩ的充电电阻R₁。

图3-3为故障限流实验的基本拓扑，因电压较低，此处的低压物理模拟实验并没有加入可控的并联放电间隙。限流拓扑是由电容器C₂、串联电抗器L和MOA组成。当MOA两端的电压达到参考电压时，MOA将快速动作，其等效电阻在极短的时间内变得很小而将电容器C₂短路，从而打破串联谐振条件，即相当于把电感L串入线路实现限流作用。此时，ZnO避雷器还作为电容器C₂的过电压保护。

放电回路由真空接触器K₃和电阻R₂组成，其作用是在实验结束后，将电容器上残余的电压释放掉。

图3-1 物理模拟实验电路

图3-2 电容器C₁的充电回路

图3-3 故障限流器回路电路图

相关实验设备的具体参数如下：

●变压器T

型号：YD-JZ实验变压器；直流输出电压：70kV；输出电流：100mA；

●静电电压表Q

型号：Q3-V；用于测量变压器T高压端出口电压；

●真空接触器

K₁型号：JCZ5-7.2D/400-220VAC，K₂型号：JCZ5-12J/D630-6.3T，K₃型号：JCZ1-7.2/D250-2.5T；

●电阻：R₁=60kΩ；R₂=250Ω；

●电抗器L

型号：ZXL-I；电感值：50mH，其中含有电阻约为0.3Ω（即R₃）；

●电容器

型号：MWF5-190；C₁电容值：1900μF；C₂电容值：190μF；

●ZnO避雷器（MOA）

参考电压：600V；残压：900V；图3-4所示为MOA的静态伏安特性。

1.实验结果与分析

当电容器C₁两端充电至200V、400V、600V、800V和1000V电压时，分别开展了限流模拟实验，同时采用EMTP（电磁暂态仿真软件）对实验电路进行了仿真，并将实验和仿真结果进行对比。现以充电400V和800V为例，给出有关波形。

被测试量一共有4个，即充电电容器C₁两端的电压、电容器C₂两端的电压，以及流过电抗器L和流过避雷器的电流。实验中，电容器C₁和C₂两端的电压由差分探头P5200采集到示波器中，而电抗器L的电流和流过避雷器的电流则由电流传感器A621和A622采集到示波器中。所有被记录的波形经GPIB卡传输到计算机中，使用Wavestar软件保存到硬盘中。(www.daowen.com)

（1）C₁充400V电压时的波形

图3-5所示为电容器C₁两端电压的仿真和实测波形图，可以看出，仿真波形与实测波形基本一致。开关K₂闭合后，由于没有达到避雷器MOA的参考电压，MOA没有动作。经过大约0.5s，电容器C₁和C₂的电压都稳定在360V左右。

图3-4 MOA的静态伏安特性

图3-5 电容器C₁电压

图3-6所示为避雷器MOA两端电压的仿真和实测波形。MOA两端的电压即为电容器C₂两端的电压，最后稳定在360V左右。另外，由于避雷器并没有动作，所以MOA中并没有电流通过。

图3-6 MOA两端电压

图3-7 线路总电流

图3-7所示为线路总电流的仿真和实测波形。由于MOA没有动作，整个线路可看成是一个LC振荡电路，线路电流为振荡电流。因回路电阻的作用，大约1s后回路总电流衰减至零。

（2）C₁充800V电压时的波形

图3-8所示为电容器C₁两端电压的仿真和实测波形，两者基本一致，大约0.5s后都稳定在600V左右。此时避雷器两端的电压已经超过其参考电压600V，于是避雷器动作。

图3-8 电容器C₁电压

图3-9所示为避雷器MOA两端电压的仿真和实测波形。两者第一个半波的波峰被削掉一部分，这是避雷器动作的结果。图3-10所示为流过避雷器MOA的电流仿真与实测波形。可以看出，在第一个半波时间内，避雷器发生动作，回路中几乎所有的电流都从避雷器流过。第一个半波过后，避雷器两端的电压已低于其参考电压，因而几乎没有电流流过避雷器。

图3-11所示为线路总电流的仿真与实测波形。可清楚地看到，由于避雷器的动作使线路电流得到有效的抑制。在第一个半波前，避雷器还没来得及动作，电流峰值可达到60A；而第一个半波过后，避雷器发生动作使得线路电流迅速下降到约10A。也就是说，加入这种故障限流器后可有效地限制大电流的出现。

2.实验小结

针对ZnO避雷器式故障限流器的低压物理模拟实验和仿真结果表明，只要

图3-9 MOA两端的电压波形

图3-10 流过避雷器MOA的电流

选择参考电压合适的避雷器，就可以根据需要设计出相应的故障限流器拓扑结构参数，使故障电流得到有效抑制。这些实验结果既验证了限流拓扑的有效性，也为研制更高电压等级的实验样机提供了技术依据。

图3-11 线路总电流