并联电感限流断路器的限流特性

图5 并联电感限流断路器仿真模型

为了更好的观察分流和限流效果，辅助断路器S₁与主断路器S₂的开断时间与实际相比均有一定的延时。故障前系统处于正常运行状态，t=0.026s时，系统在负载端发生接地短路故障，t=0.076s时，辅助断路器S₁开断，t=0.116s时，主断路器S₂开断。

如图6所示为并联电感的第一线圈W₁与第二线圈W₂两端的电压降落U_w1与U_w2，由图可知，在辅助断路器S₁开端之前，由于并联电感处于无感耦合状态，其两端的电压降落几乎为0，故系统正常运行时装置的损耗很低。辅助断路器S₁开断之后，并联电感解耦，阻抗增大，第二线圈W₂成为系统的主要阻抗，故电感上的电压降落接近于系统电抗。图中U_w1与U_w2反向是因为并联电感的异名端相连。

如图7所示，细实线表示系统电流I_s，粗虚线表示辅助断路器电流I₁。系统正常运行时，电流峰值为1.6KA，短路期间，故障电流的瞬时峰值最大达到13.9KA（≈9I_N，I_N为线路的额定电流），若只使用一个断路器来开断短路电流，则该断路器的开端容量至少需要14KA，而由图可知，由于并联电感的分流作用，流过辅助断路器S₁的电流只有系统短路电流的一半，故障断路器的开断容量可以减少一半，其开断能力得到显著提高。

如图8所示，细实线表示系统电流I_s，粗虚线表示主断路器电流I₂。在辅助断路器S₁开断、并联电感解耦之前，并联电感起分流作用（I_s=I₁+I₂），在辅助断路器S₁开断，并联电感解耦后（t>0.08s），系统的故障电流全部由主断路器S₂来承担（I_s=I₂），但由于并联电感的解耦，装置阻抗大大增加，进入限流状态，故障电流得到有效降低，峰值最大只有3.6KA（≈2.3I_N），故主断路器S2的开断容量可以大大降低，其开断能力得到显著提高，从而可以有效地完全切断故障电流，达到显著的限流效果。

图6 并联电感线圈两端的电压U_W1和U_W2

图7 并联电感限流断路器的辅助断路器电流I₁和系统电流I_S

图8 并联电感限流断路器的主断路器电流I₂和系统电流I_S

4结论

本文中所提出的并联电感故障限流断路器作为一种新型大容量短路保护器件，克服了现有断路器开断能力的不足，利用无感耦合并联电感的分流来减小辅助断路器的开断容量，利用并联电感解耦后的限流来减小主断路器的开断容量，提高了断路器的开断能力，使之可以迅速切断大容量的短路电流。

此种并联电感限流断路器并联的第一线圈与第二线圈所用材料均为超导材料，与之并联的保护电阻采用可调电阻，主断路器或者辅助断路器为电力电子开关或者PWM交流器。对于本文提出的这种并联电感结构，目前还只是处于理论分析和仿真阶段，仿真得出的结果是理想的，并没有考虑PWM调制时的死区等问题，其波形分析必然和实际波形的有一定的差距。当采用IGBT作为开关器件的时，系统的保护问题、启动问题等等很多具体问题都没有考虑，因此后续工作还有进一步改进的需要。

本论文所涉及的SFCL具有设计简单、装置损耗低、运行费用小、限流效果好的特点，在电力系统中有着广阔的应用前景。但是要做到真正应用，还必须进行深入细致的研究，以便更好的应用于实际。另外，本文只是研究了有关FCL的一些方面的问题，电力系统中还有很多同FCL相关的课题或者问题，在日后对于FCL的更进一步研究中，这些课题都将成为重点和热点。相信以后随着更多的专业人士加入研究FCL的行列，FCL能够早日在电网中得到应用，成为提高电力系统安全和稳定的一项中坚技术。

因此，本文提出的短路电流限流器具有很大的实用价值，在电力系统中有着广阔的应用背景。

参考文献
[1]陈金祥，董恩源，邹积岩，“具有串联补偿作用的新型故障限流器(FCL)的研究，”电工技术学报，2001.1，第16卷第1期。
J.X，Chen，E,Y，DongandJ.Y，Zou，“StudyofaNewFaultCurrentLimiter(FCL)withSeriesCompensation，”ElectricalTechnology，vol.16，issues1，February2001。
 

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