仿真分析以220kV单相线路为例，具体参数设置如下：U_s=127kV，U_m=180kV，u_s=U_mcos（ωt+φ），L_s=10mH，R_s=0.2Ω，C=1013μF，L_f=10mH，R_f=0.2Ω。其中，U_s、U_m、ω、φ分别为电源相电压有效值、峰值、工频角频率和电源初相位，u_s为电源电压瞬时值，L_s为电源内部等效电感，R_s为电源内部等效电阻，L_f为故障限流器中所用电抗器，R_f为电抗器内阻。短路电流的衰减时间常数T=50ms。设线路最大正常工作电流I_n=945A，则可计算出电容器正常工作电压为3kV。线路的预期短路电流为40.4kA，相应峰值为57.2kA。

图4-2 考虑杂散参数时的仿真电路

图4-2为考虑电容器支路和快速开关支路杂散参数的仿真电路，由EMTP产生，其中支路杂散参数分别取为：R_c=0.1mΩ，L_c=1μH；R_k=0.1mΩ，L_k=1μH。设快速开关的合闸时间为1ms，仿真得到通过电容器的高频电流波形如图4-3所示，其振荡频率f和幅值I_Cm分别为

根据式（4-2），在电流转移回路（电容或开关支路）中增加电抗，可以有效地抑制高频振荡电流的幅值，为此采取两种方案：①在快速开关支路串入限流电抗器L_x，如图4-4所示；②在电容支路串入限流电抗器L_x，如图4-5所示。仿真时取短路相位为0°。

1.在快速开关支路中串入电抗器

图4-3 通过电容器的高频振荡电流

针对L_x的不同取值，计算得到的电容电流、电容电压及短路电流的峰值见表4-1。其中，L_x、U_Cm、I_Cm、I_m分别为串入的限流电抗器电感、电容电压峰值、电容电流峰值以及主回路短路电流峰值。

表4-1 L_x串入快速开关支路时的限流效果

计算结果表明，随着L_x的增加，并不按式（4-2）所示的规律以有效抑制电容电流的幅值，而是电容电流与电压峰值都有变大的趋势。事实上，短路过程中电源电压与短路电流都是暂态变化的，当在开关支路中串入电感L_x时，则电容电压也随着增加，并最终导致电容电流也趋于增大。式（4-2）只在快速开关合闸后短时内近似成立。当L_x增大到一定程度时，短路电流从电容支路向快速开关支路的转移过程变慢，以致根本不能抑制短路电流的暂态峰值，限流效果变差。因此，在快速开关支路中串入电抗，实际上并不能有效抑制转移回路的高频振荡电流，反而有害。

2.在电容支路中串入电抗器

图4-4 抑制电容支路高频过电流方案1(www.daowen.com)

因在电容支路中串入电抗器L_x，则要求（L_x+L_f）与C满足工频串联谐振条件。L_x取不同值时，计算得到的电容电流、电容电压以及短路电流的峰值见表4-2。

表4-2 L_x串入电容支路时的限流效果

仿真结果表明，在电容支路中串入电感L_x可以有效抑制通过电容的高频振荡电流，且随着电感量的增大，电容电流峰值逐渐减小，但电容电压峰值却逐渐增大，总的短路电流基本不变。一般地，电容器的价格与电容电压的二次方成正比，因此在设计限流器时，应按照经济最优化目标，综合考虑电抗器L_x的造价、限制电容电流和限制电容电压之间的配合问题。在此处的算例中，宜选取L_x=2mH，此时电容电压峰值为13kV，电容电流峰值亦被限制为8.5kA，综合效果较佳。

图4-5 抑制电容支路高频过电流方案2

3.快速开关合闸时间的影响

快速开关的合闸时间对限流效果至为关键，下面作一具体分析。

这里选取两组数据进行仿真：①L_x=2mH串入快速开关支路，C=1013μF，其他参数不变；②L_x=2mH串入电容支路，C=844μF，其他参数不变；设短路相位为0°。设快速开关在0～20ms内实现合闸，计算得到的电容电压、电容电流以及短路电流的峰值如图4-6～4-8所示。由图可见，尽管方案2的限流效果总体上明显优于方案1，但随着合闸时间的延长，电容电压、电容电流以及短路电流的峰值都将急剧增加。因此，要想有效地实现故障限流，快速开关的合闸时间必须足够短（10ms以内）。

图4-6 电容电压峰值随合闸时间变化

图4-7 电容电流峰值随合闸时间变化

图4-8 短路电流峰值随合闸时间变化