（电力电子与电力传动专业论文）电力固态限流器相关技术研究.pdf

t h ec h a l l e n g ef o r t h em a x i m u mi n t e r m p t i n ge a p a c i t yo f t h eb r e a k e ri sp r e s e n t e dh e r e ，w i t ht h e m o r ea n dm o r ec o m p l e xe l e c t r i cp o w e rs y s t e ms i z ea n ds w a c t u r e ，w h i c hc a u s et h ei n c r e a s eo f t h e f a u l tc a p a c i t y t h ed e v e l o p m e n to fs o l i d - s t a t ef a u l tc u n e n tl i m i t e ri so fg r e a tv a l u et or e d u c et h e f a u l tc u l t e n ta n dt h ei n t e r r u p t i n gc a p a c i t y , a n da l s oi m p o r t a n tt oe n h a n c et h es t a b i l i t yo ft h e e l e c t r i cp o w e rs y s t e m f i r s t l y , t h em a i nc i r c u i tc o n f i g u r a t i o no ft h r e e - p h a s ec o u p l i n gm e t h o di sp r e s e n t e d ，w h i c hi s b a s e do nt h ec u r r e n ts c h e m a t i cf o rt h es o l i ds t a t ef a u l tc u r r e n tl i m i t e r t h i st o p o l o g yi sn o t i n f l u e n c e db yt h ep r i m a r yc o n n e c t i o nw a y , a n di sa b l et oe a s i l ys e l e c tt h es e c o n d a r yv o l t a g el e v e l b yc h a n g i n gt h er a t i o t h ei n v e a i n ga n df r e e - w h e o l i n gc o n t r o lm o d e i sa d o p t e dt ol i m i tt h ef a u l t c u r r e n tf l e x i b l y t h ec o u p l e dt r a n s f o r m e ri sd e s i g n e dh e r e ，u s i n gt h es a t u r a b l em a g n e t i ct e c h n i q u e t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h i sw a yc a nr e d u c et h ed e s i g nc a p a e i t yo ft h et r a n s f o r m e ra n d a l s oe l i m i n a t et h eu s eo fs h u n ta cr e a c t a n c e t h e s ew a y sa c c e l e r a t eg r e a t l yt h ep r o c e s so fi n d u s t r y p r o d u c tf o rs o l i d - s t a t ef a u l tc u r r e n tl i m i t e r s e c o n d l y , t h eu s eo fs o l i ds t a t ec u r r e n tl i m i t e rc a ns i g n i f i c a n t l yr e d u c et h ef a u l tc u r r e n tv a l u e ， b u th a sd i t i e r e n te f f e c t su p o nt h eo t h e ri m p o r t a n td a “瑚e 把ro ft h eb r e a k e r , i 。e 。i n i t i a lt r a n s i e n t r e c o v e r yv o l t a g e t h ee f f e c t so fd i f f e r e n ti m p e d a n c ep a r a m e t e r su p o nt h ei n t e r r u p t i o nc a p a c i t yo f t h eb r e a k e ra r eo b t a i n e d ，b ys i m u l a t i o no f t h ev o l t a g es t r e s sa c r o s st h eb r e a k e rw i t ht h es o l i ds l a t e b r e a k e rt a k i n ga c t i o n t h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h el o wi n t e r r u p t i o nc a p a c i t yb r e a k e rw i t h s e d e s c o n n e c t e dr e s i s t i v el i m i t e rc a ns w i t c h0 f rt h eh i g hf a u l tc u r r e n t h o w e v e r t h ed i s t r i b u t i o n c a p a c i t a n c ev a l u eo ft h er e a c t a n c et y p el i m i t e ri n f l u e n c e sg r e a t l yt h ei n t e r r u p t i o nc a p a c i t yf o rt h e b r e a k e r s o t h i sc a s es h o u l db ec o n s i d e r e dd u r i n gt h et i m eo fm a k i n gt h ec u r r e n tl i m i t i n g i m p e d a n c e f i n a l l y , t h ee f f e c to fs o l i d - s t a t ec u r r e n tl i m i t e ru p o nd i s t a n c er e l a yi sp r e s e n t e dh e r e n e f u n d a m e n t a li m p e d a n c eo f t h es o l i ds t a t ec u r r e n tl i m i t e ri sa n a l y z e d , a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h e d i s t a n c er e l a yi n s t a l l e da tt h el o a ds i d eh a st h es a m ee f f e c ta st h ec a s ew i t h o u tt h es o l i ds t a t e c u r r e n tl i m i t e r s ot w ol o g i cu n i t sa na d d e dt ot h et r a d i t i o n a ld i s t a n c er e l a yt om o d i f yt h et h r e e s t a g ed i s t a n c ep r o t e c t i o n ，t h et r a d i t i o n a ls t a r t i n g u n i ti sn o tc h a n g e d ，a n dt h ed i r e c tc u r r e n t t h r o u g ht h ed c r e a c t a n c ei si n t r o d u c e dt oo rt h eo r i g i n a lu n i tt o g e t h e rt os t a r tt h ep r o t e c t i o nl o g i c t h a ti sb e c a u s et h ed i r e c tc u r r e n tv a l u ej sv e r ys e n s i b l et ot h ef a u l tc u r r e n t , a n dc a ne n h a n c et h e s e n s i b i l i t yo ft h ed i s t a n c ep r o t e c t i o n i no r d e rt om a k ef u l lu s eo f t h ec u r r e n tl i m i t i n g , t h eb r e a k e r i sp e r m i t t e dt ot a k e a c t i o no n l ya f t e rf i n i s h i n gt h ec u r r e n tl i m i t i n g s ot h em o d i f i e dd i s t a n c e p r o t e c t i o ns c h e m ei ss t a r t i n ga f t e rb l o c k i n gt h ec u r r e n tl i m i t i n gp u l s e s k e yw o r d s ：s o l i d - s a t ec u r r e n tl i m i t e r , s a t u r b l em a g n e t i c ；b r e a k e r , d i s t a n c ep r o t e c t i o n l v 浙江大学博士后研究报告 第一章绪论 1 1 引言 近年来，电力系统容量逐年增加，电网短路电流也随之增大，目前已成为制 约电网运行和发展的重要因素。目前，超高压断路器最大开断短路电流为8 0 k a ， 在现有技术前提下，基本上已达到物理极限( 见表1 1 ) 。因此，限制电力系统 短路电流已成为一个有待解决的问题。传统方式是使用机械型断路器，而这种断 路器速度慢，维修量大，是导致暂态稳定问题的重要因素。为了适应系统容量的 不断增加，同时又要限制短路电流使其适合断路器的分断能力，1 9 7 4 年美国学 者f a l c o n e 提出开展研究限流装置的设想。1 9 6 6 年c i g r e 成立了w g l 3 1 0 工作 组，在全世界范围内调研限流断路器的进展情况。故障限流器的开发和研制，开 辟了提高交流输电线和输电网运行整体控制能力和水平的技术渠道( 应用场合见 图1 1 所示) ，为高压和超高压输电性能的革新改造指出了方向【1 3 1 。 图1 - 1 故障限流器应用场合 限流( 断路) 器的工作特点是：在故障发生时，迅速提高回路阻抗，将故 障电流限制到较低水平，然后将其开断，或由断路器配合，开断故障回路。限流 ( 断路) 器改变了传统开关电器只有或为零阻抗，或为无穷大阻抗的两工位器件 的概念。在理想状态下，系统发生过载或短路时，能对应故障电流的大小增大阻 抗，从而达到限制系统电流的目的。 图1 - 2 限流器类型 第一章绪论 从电路理论上讲，可以利用多种物理现象实现这种设想，例如：谐振回路、 电弧的物理特性、半导体的特性、超导技术、水银的相态变化等等( 见图1 2 ) 。 利用某些电力电子器件的特性既可以实现在电流第一次自然过零之前通过转移 回路产生人工高频零点而开断的限流断路器，又可实现在电流第一次自然过零时 开断电路( 又称静态断路器) 。 现代电力电子技术和微电子技术的发展和相互结合渗透，对实现上述设想 技术上已有可能。为实现限流断路器和固态断路器的实用化、商品化，需要进一 步研究解决高电压大容量功率电子器件的发展、降低自身的损耗、器件的串并联 及过压保护、过流保护、同步驱动触发、降低器件成本和限流断路器、固态断路 器的设计技术和可靠性问题。限流器的商品化，将改变变压器、高压断路器、隔 离开关等主要输变电技术装备的设计思路，使变压器、开关等新代产品的设计 原则发生重大变化，如变压器的短路阻抗变小，损耗进一步减轻，短路电流产生 的机械应力将会减少，变压器重量减轻，c t 动、热稳定电流的要求降低。高压 开关的设计也无需追求高参数的断流容量及动、热稳定性。高压开关及高压隔离 开关将主要承担电路接通和隔离的功能。 表i - i 国外电网对断路器遮断容量的限制值( m 、强) 【4 f 电压0 【v ) 3 36 6 n 1 1 02 2 03 8 0 4 0 05 0 0 一般值 5 0 0 - 1 0 0 01 0 0 0 - 2 0 0 02 5 0 0 3 5 0 05 0 0 - 1 0 0 0 0 1 5 0 0 m 之5 0 0 02 5 0 0 0 0 5 0 0 0 最大值 1 5 0 03 0 0 05 0 0 0 1 5 0 0 03 5 0 0 04 5 0 0 0 1 2 现代故障限流技术1 1 。1 0 l 固态限流器是利用电力电子技术开发的一种新型短路限流器，具有动作速度 快、允许动作次数多、控制简便等优点。美国e p r i 于九十年代在详细调研现有各 种可用限流技术后认为，应用电力电子技术发展固态限流器是较现实的技术途 径，并提出图1 3 所示的电路结构。该限流器在短路电流第一个峰值来到前g t o 断开电路，将限流阻抗插入回路以限制短路电流。这种限流器对功率开关器件有 较高的d i d t 和d u d t 应力要求：另外由于限流电感中储存数值较大的短路电流， 机械断路器断开时必然产生极大的暂态振荡和过电压，因此研制一种新型短路限 流装置来满足工程实际需要，具有更大的理论意义和实用价值。 t “* t 图1 _ 3 美国e p r i 提出的固态限流器拓扑 1 2 1 采用功率电力器件控制线路阻抗的故障限流器 2 浙江大学博士后研究报告 这种故障限流器保护电路的基本思想就是：在正常负载情况下f c l 所呈现 的是低阻抗，但是在故障发生时，f c l 动作保护就会呈现出大的阻抗值以限制故 障电流，将故障电流限制在断路器正常工作范围内，圈1 - 4 为f c l 的实验室装 置图。 圈1 - 4 原理图 在线路正常工作情况下，晶闸管处于闭锁状态，l 2 r 2 未被串入，电路为l l c 串联工作。而在故障发生时( s w 闭合) ，控制电路触发导通晶闸管，l 2 r 2 接入电 容器两端，与电容器并联运行，增大线路阻抗值以限制故障电流。在这个电路中， 晶闸管控制电抗器并联接在电容器两端，在正常运行条件下，晶闸管并不导通， 仅在短路发生情况下，晶闸管触发导通，k 接入电路起到分流作用，因此在正常 工作情况下不会有谐波产生，同时由于相对比较短的保护过程，所以发热情况并 不严重，不需要冷却装置。 1 2 2 固态故障限流器 固态故障限流器的设计原理：传统过流保护系统由断路器和过流延时装置组 成，从短路发生到断路器动作，一般有0 2 s 到0 5 s 的延时，这样在延迟时间内 线路的电压就会降低或是功率输送间断，影响输送电能的质量。为降低保护动作 的时间，提高电能传输质量，限制故障电流，提出了固态限流器设计方案，由于 g t o 响应速度快，通常在控制装置发出信号到g t o 响应动作只需4 0 i ts ；控制 装置检测到故障电流发出开通信号给g t o ，限流电阻串入主电路，限制放障电 流，这样整个系统的故障电流被限制在一定范围内，而且保护动作的响应时间缩 短了，提高了系统电能传输能力。 图1 5 带串联补偿故障限流器原理图 但是这种限流器的缺点就是正常情况下可控硅控制电路处于断开状态，仅在 故障发生的情况下才能投入使用，所以它的使用率不高。 1 2 3 带串联补偿故障限流器 1 2 3 带串联补偿故障限流器 f p 第一章绪论 图1 5 给出了带串联补偿f c l 的原理电路图，正常运行时为电感l l 和电容 c 串联，可控硅控制装置s w l 关断，电路阻抗呈容性，此时故障限流器工作在 常规串补状态下。在故障发生时，s w l 迅速导通短接电容器c l ，此时电抗器l 1 限制短路电流。低值阻抗z b 限制冲击电流；过压保护器件z n o 和旁路开关b p s 并联在电容器c ，两端，同时故障b p s 也合闸，这样低值阻抗z 2 不仅可以限制冲 击电流，而且c 所储存的电能通过z 2 释放。其特点是： 正常运行时，由于s w l 处于关断状态，所以没有功率损耗。 正常运行时，相当于常规串补，所以提高了故障限流器的使用率。 由于带串补f c l 既可以限流，也可以补偿无功，所以提高了系统的传输能力 和稳定性。 1 2 4 超导故障限流器( s f c l ) u 1 玎j 超导故障限流器( 简称s f c l ) 原理是：当电力系统正常运行时，传输电流在 临界电流以下，超导体的电阻几乎为零，对电力系统运行不产生影响。一旦电网 发生短路，短路电流大于临界电流时，超导体瞬时失超产生非线性高电阻，从而 有效地限制短路电流。超导故障限流器( s f c l ) 有许多类型，其中桥路超导故障限 流器具有广阔的前景。桥式超导故障限流器的原理电路图如图l - 6 所示。它由二 极管桥路d l d 4 ，超导线圈l d 和直流偏压源v b 组成。正常运行期间二极管 d 。d 4 全部导通，线路电流f l 小于负载电流，此时调节v b 使s f c l 对线路电流 不表现出任何阻抗。此时桥路上只有较小的正向电压降。当线路发生短路故障 时，i l 幅值增加到等于负载电流，这时在i g 的正半周内二极管d 2 和d 4 不导通， 而在负半周内d ，和d 3 不导通，超导线圈就被自动串入线路，而且由于电流增大 超导线圈失超呈现非线性高阻抗，因此短路电流的上升率就被大阻抗所限制。 图1 - 6 超导故障限流器原理图 1 3 新型桥式固态限流器1 1 8 - 2 6 1 浙江大学限流课题组自1 9 9 5 年来，在基于专利提出的桥式单相限流器拓扑 ( 见图1 7 ) 基础上，经过多年积极探索，研究出多种实用电路拓扑。该类固态 限流电路具有以下优点：正常时，限流电抗器中通过直流电流、无压降、几乎无 功耗：故障时，限流电抗器无延时自动投入：故障切除时，可控硅在电流过零时 关断，不会引起过电压和附加振荡：通过可控硅桥的逆变工作方式，可以预设短 路电流的变化曲线，以满足电力系统继电保护的需要；可以实现无电流冲击的软 自动重合闸等。因此，具有广泛的应用前景 4 浙江大学博士后研究报告 ( a ) 图1 7 浙江大学提出一 h ( a ) 直流电感电流波形( b ) 交流电感电流波形 图1 8 桥式固态限流器限流结果 文献 2 1 1 3 1 提出的通用桥式固态限流器( 见图1 7 ( a ) ) 结构；在中高压系统中， 提出图1 - 7 ( b ) 结构，即并联交流电抗器，桥式部分充当自动软开关功能，具有对 电力系统的正常运行无明显影响( 见图1 8 ( a ) ) ；在短路故障( o 2 s ) 时无延时插 入限流电抗器，检测到故障时将桥路逆变，将直流电感的能量反馈到电网，桥路 尽快退出故障线路运行，随后故障电流完全由交流电感器( 见图1 8 ( b ) ) 限制。 将固态限流器直接串入电网中，最简单的方式是三个单相限流器( 见图1 7 ) 分别串入每相中。由于该三相固态限流器的每一相都是一台完整的单相限流器， 运行控制完全独立，因此其控制将更加简单、灵活，特别在不对称短路故障情况 下有明显得优势，可以保证非故障相不受故障相的影响。这种拓扑结构的固态限 流器造价较高，使用了3 个限流电感和1 2 个可控硅桥臂。 三相固态限流器的拓扑结构，根据三相电网性点是否接地而有所不同。三相 不接地系统的固态限流器拓扑结构如图1 - 9 所示。该结构在系统未发生故障时， 五一五1 8 0 度全导通，限流电感被3 对桥臂并联短接，对系统不呈现阻抗。当系统 发生单相接地故障时，系统电流不会上升，限流器按正常方式工作，但给出报警 信息；当系统发生两相以上短路故障时，则通过改变三相桥路可控硅出发方式， 可实现向故障点串入限流阻抗，达到限制短路电流的目的。三相不接地系统固态 限流器包含一个限流器电感和6 个桥臂，所以硬件成本比较低，但该拓扑结构限 流器的三相耦合程度较高，在系统发生两相不对称故障时，非故障相基本上无法 正常供电，这是该限流器的一个弱点。 第一章绪论 一 t 1 t 3 7 5z 。n! ? 【j b 芸- ? l d 芸j j j u t 4 一 t 6z 一t 2 一 z 图1 - 9 三相不接地系统固态限流器 三相中性点接地系统的三相桥式限流器主电路拓扑原理如图l - 1 0 所示，其工 作原理简述如下：当交流系统来发生过流故障时，8 个晶闸管触发脉冲常加。由 于三相电路从拓扑的角度来看是对称的，故可取a 相进行单独分析，如图l l 所示。 图1 1 l ( a ) 为正半波时的等效电路，可知当电感电流t f 。时，由基尔霍夫电流定 律知，t = t f 。o ，即t ，导通，如果认为t l 、t 7 的导通压降相等，则a 2 点 与地同电位，即相当于a 2 直接按地；当i l o ，u c u a o ，团此t 2 、 t 3 导通，而t 4 被迫截止，限流电感上的电压从零电位突变为u b c ，迫使电感上的 电流从相电流峰值开始迅速上升。假设限流器控制响应时间需要6 0 。电角度( 约 3 3 3 m s ) ，则在这段时间内限流器将按正常触发顺序换流一次，t 2 将换流至i j t 4 导通( 因冼 y a 0 ，h l 以及 ：= r _ 。 。茵 2 46 d i s t a n c et of a u l t ，k m c 电感型限流器( c p = 10 1 1 f ) 图3 1 4 限流器作用下距离与起始暂态电压上升率的关系 图3 - 1 4 b 电感型限( c p = 1 0 0 n f ) 表示在o k m 故障时，r r r v 有所增加，这由 于v f c l 振荡频率比v l 大，r i r v 主要取决于v f c l ；当发生非零距离故障时，由于 v n 。变化频率比v f c l 快，n r v 主要取决于v 嘶。，l f c l 的引入降低了v l j 。的振荡幅 值，从而降低了r i n r 。图3 - l1 c 电感型限( c p = i o n f ) 表示在各个距离故障情况 下，h r v 都比没有限流器时要高，这是由于分布电容的减少，使得v n 。和v f c l 频率接近，从而导致t v 的增大。 3 4 限流器与断路器开断性能配合 断路器开断能力不仅跟暂态恢复电压上升率有关，而且与故障电流的幅值 有关。通过仿真计算得到图3 一1 5 所示故障限流器作用下，暂态电压上升率与电 流幅值关系。 第三章i 两态限流器参数对断路器开断性能的影响 a j f m n l k a a 电阻型限流器 删 b 电感型限流器( c p = 1 0 0 n f ) c 电感型限流器( c p = l o n f ) 图3 1 5 断路器开断条件 2 0 8 6 l 2 o j；，ep葛2c葛3e 浙 上大学博士后研究报告 从图可知，电阻型限流器不仅能够降低故障电流的幅值，而且可以降低暂态 电压上升率。在z f c l = 9 q 情况下，就可以用空气断路器b r e a k e r 2 代替s f 6 断路器 b r e a k e r l 。对于电感型限流器( c p = 1 0 0 n f ) 降低了电流幅值，但在o k m 故障时， 增加了仃。在zf c i ，= 9 q 情况下，帆哒n 3 3 k v u s 。为了保证电路开断，对于s f 6 断路器b r e a k e r l 而言，其并联阻抗至少为2 q 。对于电感型限流器( c p = 1 0 n f ) ， 虽然降低了电流幅值，但极大增加了m v ，对断路器开断能力提出更高的要求。 3 5 结论 由以上分析可知，低容量断路器串联电阻型限流器可以开断大电流：同时得 到限流阻抗的大小需要由断路器和限流器配合来决定。图3 1 5 a 所示，在没有限 流器作用下，因为n n ，高于断路器i 临界开断条件，所以b r e a k e r l 不能开断电路；但 在电阻型限流器作用下，可以开断电路；另外，在z f c l - - 9 q 情况下，b r e a k e r 2 也 可以开断此线路。图3 1 5 b 表示在没有限流器，或者阻抗为2 q 或5 q 电感型限流 器( c r , = 1 0 0 n f ) 情况下，b r e a k e r 2 也不能开断任何故障点的线路，只有在z f c l = 9 q 时，才能是n t v 开断条件小于b r e a k e r 2 临界值。图3 - 1 5 c 表示在电感型限流器 ( c p = 1 0 n f ) 作用下，b r e a k e r 2 都不能开断线路，在限流阻抗兰5 q ，b r e a k e r l 才 能开断全线路。从而可知，电感型限流器的分部电容数值选取对断路器遮断性能 有很大影响，这需要在限流阻抗制造中加以控制。 参考文献： 【l 】刘绍峻高压电器机械下业出版社， 1 9 8 8 。 【2 】王璞，国外s f 6 断路器小型化采用的新技术和几种灭弧室结构高压电器，n o 4 ，p 5 5 ， 1 9 9 7 【3 】 王其平电器中的电弧理论上海科学出版社，1 9 6 3 4 l o w k ej j ，l u d w i n gh c ，“as i m p l em e t h o df o rh i g hc m t e n ta r c ss t a b i l i z e db yf o r c e c o n v e c t i o n ，o r a p p lp h y s ，1 9 7 5 ，4 6 ，p 3 3 2 5 【5 】c o w l e y m d i n t e g r a l m g h o d eo f a r ea n a l y s i s ，j p h y s d ：a p p l p h y s ，1 9 7 4 ，7 ：2 2 1 8 2 2 2 2 【6 】 f a n gm tc ，b r a n n e nd ，j o n s egr a na n a l y t i c a lm e t h o df o r t h ed e s i g no f c i r u i tb r e a k e r n o z z l e s s y m p o nh i g hv o l t a g es w i t c h i n ge q u i p m e n t ，1 9 7 9 7 】h e r m a n nw ，r a g a l l e r , “t h e o r e t i c a ld e s c r i p t i o no ft h ec u r r e n ti n t e r r u p t i o ni ng a sb l a s t b r e a k e r ”，z 渤t r a m o np a s 1 9 7 7 ，9 6 ( 5 ) ：p 1 5 4 6 8 】8 s w a n s o nb w ， n o z z l ea r ci n t e r r u p t i o ni ns u p e r s o n i cf l o w ：i e e et r a n s o np a x ，1 9 7 7 ， 9 6 ，p 1 6 9 7 【9 】 m i c h e l lr r ，t u m ad t ， t r a n s i e n tt w o d i m e n s i o n a lc a l c u l a t i o n so fp r o p e r t i e so ff o r c e d c o n v e c t i o ns t a b i l i z e de l e c t r i ca r c s ，1 e e e t r a m 0 7 1 p s 1 9 8 5 ，1 3 ，p 1 4 1 1 0 】z h a n gj e ，f a n gm tc ， t h e o r e t i c a li n v e s t i g a t i o no fa2 k ad cn 2a r ci nas u p e r s o n i c n o z z l e ”，j p l a y s d a p p l p h y s ，1 9 8 7 ，p 3 6 8 ， 【1 1 】l o w k ej j ， t w o - d i m e n s i o n a lc a l c u l a t i o no f p r o p e r t i e so f a r c si nh o i g hs p e e df l o w ”，i n ：i n t c o n eo ng a sd i s c h a r g ea n dt h e i r a p p l ，l o n d o n ，1 9 8 2 ，p 2 0 1 2 】o k a m o t om i s h i k a w am s u z u k ie ta l “c o m p u t e rs i m u l a t i o no fp h e n o m e n o na s s o c i a t e d w i t hh o tg a si np u f f - t y p eg a sc i r c u i tb r e a k e r ，i e e e ，t r a n s o np o w e r d e l i v e r y , v 0 1 6 ，n o 2 ， 1 9 9 1 第三章固态限流器参数对断路器开断性能的影响 中华人民共和国电力行业标准交流高压断路器订货技术条件( d l t 4 0 2 1 9 9 9 ) t r o p a n i e rj y ，z h a n gx d ，p e l l e g r i nh ，c a r n a r e r or ，“a p p l i c a t i o no fc o m p u t a t i o n a l f l u i dd y n a m i c st o o l st oc i r c u i t - b r e a k e rf l o wa n a l y s i s ”，i e e e , t r a m o n p o w e rd e l i v e r y ，v 0 1 1 0 ，n o 2 ，1 9 9 5 ，p 8 1 7 t r d p a n i e rj y ，r e g g i om ，c a m a r e r or ，“l t ec o m p u t a t i o no fa x i s y m m e t r i ca r c - f l o w i n t e r a c t i o ni nc i r c u i tb r e a k e r ”，1 e e e , t r a m o n p l a s m a s c i e n c e ，v 0 1 1 9 ，p 5 8 0 南和彦：【开断动作童模拟l 亡遮断器内气流解析 ，电学论b ，1 0 9 ，5 2 1 ( 昭，1 1 ) 池田罔本石川：【，t ，77 式z 遮断器消弧室。绝缘的遮断性能。解析 ，电学论 b ，1 0 8 ，1 2 5 ( 昭6 3 3 ) h uw a n p i n g , x i a ol i n g ，w a n gq i p i n g d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fg a sf l o ww i t ha r ci n n o z z l e i n ：p r o e o f8 t hi n t c o n eo ng a sd i s c h a r g e sa n dt h e i ra p p l i c a t i o n s ，o x f o r d ， u k 。1 9 8 5 ：1 0 3 - 1 0 6 w n a gq i p i n g ，h uw a n p i n g , x uj i a n y u a n c h a r a c t e r i s t i c so f t h e r m a lb o u n d a r yr e g i o no f a r c i ns f 6 9 a sf l o w , p r o c o f9t hi n t c o n f o ng a sd i s c h a r g e sa n dt h e i ra p p l i c a t i o n s ，v e r m i c e ， i t a l y ，1 9 8 8 ：2 1 n 2 4 林莘，王其平，“喷i d 电弧动态特性的相似理论分析“， 西安交通大学学报， 1 9 9 0 ，2 4 ( 1 ) ：9 1 5 黄建华，壬其平，“气吹式灭弧室喷1 2 1 中动态气流场的数值计算“，电工技术学报， 1 9 8 7 ，3 ：3 7 - - 4 1 张交锁，王其平，“喷口电弧的微分一积分模型“，西安交通大学学报，1 9 9 1 ，2 5 ( 2 ) ： 2 1 3 0 徐建源，王其平，“喷口电弧二维动态数学模型及应用“，电工技术学报，1 9 9 3 2 ：5 0 5 5 刘亚芳，王其平，“电弧二维数学模型及其在s f 6 n 2 混合气体开断特性分析中的应 用“，西安交通大学学报，1 9 9 3 2 7 ( 3 ) ：3 5 3 8 海涛，王其平，“s f 6 断路器灭弧室内电场的数值分析“，高压电器1 9 9 3 ，2 9 ( 3 ) ：1 9 - 2 4 l z t o n g , q pw a n g ，e z w a n g i n v e s t i g a t i o no f t h ed i e l e c t r i cr e c o v e r yc h a r a c t e r i s t i c so f s f 6c i r c u i tb r e a k e r p r o c 1 lt h1 c o ng a sd i s c h a r g e sa n dt h e i ra p p l i c a t i o n s ，t o k y o ，j a p a n 1 9 9 5 p p 4 1 4 4 1 7 牟京卫，王其平s f 6 断路器灭弧室二维轴对称气流场有限元计算高压电器， 1 9 9 5 ，3 1 ( 3 ) ：1 2 - 1 6 李小滨，王其平s f 6 压气式灭弧室冷态气流场与介质恢复强度计算西安交通大学学 报，1 9 9 6 楼家法，断路器的操作和机械特性高压电器技术，1 9 9 2 马志瀛交流电弧电流零区现象及其分析西安交通大学学报1 9 8 3 1 7 ( 3 1 ：7 l 7 7 盛剑霓电磁场数值分析西安交通大学出版社，1 9 9 1 。 h u e b n e rt h o r n t o n ( 美) 有限元素法晓园出版社 李小兵压气式s f 6 断路器灭弧室中流场和电弧动力学特性的数值分析西安交通大 学博士论文，1 9 9 7 清华大学，西安交通大学合编高电压绝缘冰利电力出版社 苏铭德，黄素逸，计算流体力学基础清华大学出版社 m 畔 m m m 呻 瞄 阱 瞄瞄 郾 阿即m m 醐 浙江大学博士后研究报告 第四章固态限流器线路距离保护特性 4 1 引言 相对于故障限流原理的探索和故障限流器设备的开发，将故障限流器应用于 电网可能对电网带来各种影响( 正面的或负面的) 的问题还较少为人们所讨论。 对于故障限流器的研究而言，分析限流器的应用对于电网可能的影响和作用始终 是无法回避的重要问题。从限流器装置的开发成熟到其能够在电网中得到实际应 用中间尚存在很多问题，不弄清楚这些问题就可能使限流器无法恰当的得到应 用，发挥最大的效益，或是给电网的正常运行带来新的问题，严重的情况甚至会 为电网的安全稳定运行埋下隐患。 综合国内外文献【l “，对故障限流器的研究多集中于拓扑结构和控制策略以 及电网稳定性方面的研究；目前很少文献涉及对于限流器对电网继电保护的影响 方面的研究。本章分析了固态限流器的基波阻抗，以及对线路距离继保特性的影 响，这对于电网安全运行意义深远。 4 2 阻抗数值计算 距离保护是利用测量阻抗来反应保护安装处到短路点之间的距离，并根据距 离的远近确定动作时限的一种保护。此种保护适用日趋复杂的电网结构以及运行 方式的变化，应用范围广泛。距离继电器安装处的电压和电流关系，可以表示如 下： r ( f ) + 工掣：v ( f ) ( 4 - 1 ) d f 其中：上和r 是未知的电抗和电阻：v ( t ) 和砸) 是保护安装处的电压和电流。 为了求解电阻月和电抗工两个未知数，需要两个独立方程，其一为方程( 4 1 ) ， 其二为它们的微分形式： f ( f ) d i ( t ) 破 刚卜) 工i2 i 盟i “2 ) 。ld tj 电阻r 和电抗三可以通过对上述方程组进行求逆可得： 上：-di(t)dt v(t)+i