电力系统经济型故障限流技术

永磁材料：分类、性能及应用探讨

表5-1为几类典型永磁材料的性能比较。目前，有四大类永磁材料可供选择，即铝镍钴永磁合金、稀土钴永磁合金、钕铁硼永磁合金和永磁铁氧体。图5-4为几种典型永磁材料的退磁曲线。2）永磁铁氧体在磁性能上的不足决定了其很难应用于大容量永磁饱和型FCL中，但鉴于其价格低廉和料源丰富，仍可作为小容量FCL的样机材料。
理论教育 2023-06-20

永磁饱和型故障限流器工作原理解析

单相永磁饱和型FCL的原理示意，如图5-1所示。图5-1 永磁饱和型FCL原理拓扑图5-2 永磁体和软磁铁心的工作点配合图5-2为永磁体和软磁铁心工作点的变化配合图。软磁铁心平常工作在深度饱和状态，其磁场强度为Hp；系统短路时限流绕组将产生与永磁磁场可比的反向磁场，使软磁铁心的工作点沿其磁滞回线运动到临界磁场Hs以下，铁心退出饱和而呈现较大限流电抗。短路结束后反向磁场消失，软磁铁心重新回到深度饱和状态。
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电容器的监测与保护方案

电容器组的工作应不受单个电容器故障的影响，可采用内部熔断器进行保护。因此，需要对电容器组各单元间的不平衡电流进行在线监测，以保证电容器组的安全与可靠运行。为此，必须设置相应的在线监测和保护措施，避免这种现象的发生。
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瞬态恢复电压对系统的影响

由图7-17可见，随着FCL限流比的增大，失步故障开断后断路器的恢复电压上升率先增大后减小。可以看出，由于T2一般最小，其值决定了断路器瞬态恢复电压达到首峰值的时间。图7-18 断路器两端的各个电压波形瞬态恢复电压的最大值也是影响断路器开断特性的一个关键因素。
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超导型故障限流器：实用的电力设备

超导型故障限流器的样机研制情况见表1-2。表1-2 超导型故障限流器样机研制进展（续）目前已研究过的SFCL可分为电阻式、变压器式、混合式、磁屏蔽式、电抗式、磁饱和式、三相电抗器式和桥式等八种，下面分别对它们的结构原理和技术特点作一介绍。故障时，二次绕组电流迅速增大，超导线圈失超，SFCL表现为高阻抗而限制故障电流。
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大容量化参数优化研究及算例分析

基于上述优化约束条件，对上文导出的4个参数设计公式进行改进，以期获得大容量条件下的结构参数优化方法。该线路负荷电流为1kA，预期短路电流稳态有效值为50kA。限流绕组为50匝，附加电阻为0.2Ω。铁心长度受λ影响最大，在电感比变化区间内，le增加了近70m。
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研究永磁体稳定性机理

钕铁硼永磁体的稳定性，直接关系到PMFCL能否正常工作以及短路时能否可靠限流。必须确保应用到PMFCL的钕铁硼永磁体具有较好的温度和外磁场稳定性，下文将对此进行重点讨论。如表5-12所示，对于安装在室外的PMFCL，选择牌号为H及其以上型号的钕铁硼永磁体，已能满足限流器现场运行的温度稳定性要求。4）外磁场稳定性的初步实验研究。
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近区故障对RRRV的影响分析

近区故障是考核断路器开断性能的严重故障类型。根据上述分析，可以得到近区故障时断路器的恢复电压为则由式，同理可计算RRRV。比较图7-3和图7-6中的结果可见，近区故障的开断要明显难于FCL出口短路故障，尽管后者的短路电流较大。由图7-7可知，对于不同的限流比，断路器恢复电压上升率取得最大值所对应的近区故障距离各异。
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断路器开断苛刻度的影响分析

以此为基础，分析了不同FCL限流比下，断路器开断失步故障的难易程度。由图7-20可知，无论灭弧常数为1或2，断路器开断的相对苛刻度都在限流比为0.5左右时取得最大值，其开断难度远高于未安装FCL的情况。因此，有必要优化FCL的参数设计，从而有效降低断路器的开断苛刻度。因此，若限流电抗的杂散电容较小，将可能提高断路器开断的相对苛刻度，导致失步故障的开断难度增大。
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低压物理模拟实验优化

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。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。
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磁性材料在永磁饱和型故障限流器中的优势应用

永磁饱和型FCL是利用铁心磁导率的非线性变化来限制短路电流。除较优的磁路拓扑外，永磁饱和型FCL的核心设计部件是软磁铁心和偏置永磁体。必须优选性能良好且经济合理的磁性材料，以确保永磁饱和型FCL的设计效率。通过对多种永磁和软磁材料的性能进行定性的比较分析，提出了永磁饱和型FCL中磁性材料的一般选型原则。图5-3给出了目前已经制造出的几种永磁饱和型FCL样机。
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静态特性分析简介

由以上的分析不难发现，综合型PMFCL的静态工作特性最优，有利于应用于高压大容量的场合。图5-11 不同拓扑PMFCL的静态等效磁路结构
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如何优化系统功角特性呢？

系统正常运行时，发电机向无穷大系统输送的有功功率为P0，原动机输出的机械功率PT等于P0，a点表示发电机的正常运行点。故障限流器在此时动作，功率特性立即变为PⅢ，工作点也相应地变化到d点，对应的功角为δf。在限流器动作后，若发电机输出功率极限足够大并超过机械功率PT，这不仅使得系统在故障后的加速面积Sa得以减小，同时还能获得减速面积Sd，如图6-4所示。图6-4 安装高限流比FCL的 系统功角曲线
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软磁材料对大容量FCL的影响

由式可知，永磁饱和型FCL的限流能力取决于软磁铁心未饱和时的磁性能参数，采用性能优异、经济合理的软磁铁心材料是研制大容量FCL的关键所在。表5-2和图5-5给出了几种典型软磁材料的磁性能和磁化曲线比较。综合而言，非晶合金可作为大容量FCL软磁铁心的备选材料。总之，当对磁导率和限流比要求不太高时，可选择经济性较好的0.23～0.5mm硅钢片作为FCL的铁心材料；Fe-Si-B系非晶态软磁合金的整体磁性能较优，在研制高压大容量FCL时可作重点考虑。
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出线故障对RRRV的影响分析

图7-1 FCL的等效分析模型图7-2 FCL出线故障等效电路由于短路时刻和线路参数等因素，短路电流中一般有非周期分量存在，因此可能加大断路器的开断难度。FCL出线故障时的短路电流稳态有效值Iss为式中，ω为电源角频率。分别针对Cs=1.5μF和Cs=0.05μF，利用式和式可得到恢复电压上升率RRRV与限流比的关系曲线，如图7-3所示。若Cs=0.05μF，出线故障恢复电压上升率在限流比α=0.7左右取得最大值，即6.5kV/μs。
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