[实用新型]电网短路故障限流用瞬变型电阻抗器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电网短路故障限流用瞬变型电阻抗器。适用于电力系统。 

背景技术

随着超高压网的跨区互联及大容量超临界发电机组的不断投入运行，电力系统短路电流水平日益增高，许多地区电网的短路电流水平已经达到甚至超过电力规程所限定的最大允许值。短路电流已超过开关的遮断容量（如达到80KA或以上），使电网面临无高压断路器可以选用的难题，很多500KV电网中在实际运行中已将变压器分列运行，以降低短路时的冲击电流。由于缺乏限流装置，短路故障正严重威胁电网的安全运行。 

电力系统短路故障对高压电气设备本身和系统的正常运行具有很大的危害性。具体表现在：①短路电流的动、热稳定效应可能会损坏电气设备。一方面，短路电流流过电气设备时，强烈的热效应会引起导体或其绝缘的损坏。另一方面，导体流过短路电流时，受到很大的电动力冲击，引发导体变形，甚至损坏；②短路故障发生时电网中电压会降低，尤其是靠近短路故障点处的电压明显下降，严重影响用户供电，导致电气设备无法正常工作，甚至引发设备损坏和造成产品质量不合格等后果；③系统发生短路相当于改变了电网结构，必然引起系统中功率分布的变化，则发电机的输出功率也相应发生变化。无论在哪一点发生短路，发电机输出的有功功率都将下降，但发电机的输入功率由原动机或进水量决定，不可能立即变化，这样，发电机输入和输出功率的不平衡必然引起转速变化，从而可能导致并列运行的发电机失去同步，破坏系统稳定，甚至造成大面积停电。 

目前国内外电力设备制造厂商所能生产的大部分高压断路器中，电压等级在500KV及以上的额定短路开断电流一般在63KA以下，很难满足系统需要开断较大短路电流的要求，而且随着电网容量的不断扩大和全国联网的不断加强，这种矛盾会越来越突出。尽管采用改变电网结构的方法可以解决电网短路电流的抑制问题，但同时损害了电网运行的灵活性与经济性，同时也增加不同段上母线负荷变化调配的难度。因此，如何限制系统短路故障电流已成为现代电网发展中所面临的一个不可回避的重大技术和经济问题。 

高压电网对故障限流器的要求如下： 

（1）正常运行时，限流装置呈低阻抗或零阻抗状态，系统的有功率和无功功率损耗小，对系统无任何影响（压降为零）；

（2）故障发生后，装置应能在极短时间内（0.02秒内）动作，在故障电流到达第一个峰值前有效限制短路电流；

（3）动作时不引起系统暂态振荡、过电压等副作用；

（4）不影响继电保护等设备的正确动作；

（5）装置有自动复位功能和多次连续动作能力；

（6）设备的成本及运行费用低，可以承受的体积和重量，可靠性高，维修量和维护费用低。

在大型风力发电系统中，随着风电机组的单机容量不断增大和风电场规模的不断扩大，风电机组与电网间的相互影响已日趋严重。当出现电网短路故障时，由于电压瞬间跌落，迫使大面积风电机组脱网，将严重影响电力系统的运行稳定性。因此，要求风电机组必须具备低电压穿越能力。通过应用短路故障限流器来维持电网电压，可以保证机组稳定运行。  

    在国内外现有技术中，作为限流器分二大类，一类是瞬变形限流器，另一类是电抗器系列。如超导型（属瞬变型限流器），瑞士ABB公司也分别在1996年和2002年研制了1．2 MVA和6．4 MVA的电阻型超导限流器：2004年，日本Toshiba公司利用超导高温材料研制了66 kV750 A的超导限流器。

随着串联谐振电力电子限流器FCL受到重视的程度日益提高，国内很多机构单位投入其研究与应用。中国科学院电工研究所联合国内多家单位共同研究开发的我国首台三相高温超导限流器成功将3500 A（有效值）限制到635 A（有效值），且短路瞬间波形无突变。由天津机电工业控股集团公司和北京云电英纳超导电缆有限公司联合研制的220kV超导磁饱和型FCL，于2007年成功投入实际应用，是目前世界上挂网试运行的电压等级最高、容量最大的超导限流器。 

当前应用于高压电网的故障限流器工程解决方案不多。超导型故障限流器和电力电子型故障限流器，因可靠性低和投资太大，当前还很难推广。现有工程应用的解决方案主要有两种:①加装串联电抗器；②加装基于串联谐振型的限流器。目前国内外高压电网中大都采用串联电抗器来限制短路电流，其缺点是增加了系统阻抗，消耗大量无功，影响了电网的经济性和安全性。