故障电流限制器分类及应用

（中石化石油工程设计有限公司，山东东营摘要针对配电系统中存在的短路电流过大的问题，讨论了故障电流限制器的分类，列举了各类故障电流限制器的典型应用及其优缺点，通过工程实例，分别对限流电抗器和Is-limiter的应用Is-limiterClassificationandApplicationofFaultCurrentYang(SinopecPetroleumEngineeringCorporation,Dongying, AbstractAgainstthehighfaultcurrentlevelinpowerdistributionsystem,classificationoffaultcurrentlimiterisspecified,andtypicalapplicationanditsadvantage/disadvantageareillustrated.Dependingonactualengineeringproject,applicationfeasibilityofcurrentlimitreactorandIs-limiteraredependentlydiscussed.Keywords：faultcurrent;faultcurrentreactor;Is-limiter;superconductingfaultcurrentsolid-statefaultcurrent（CLR，Currentlimitreactor）等手段[1]来限制短路电流。但对于改扩建工程来说，由于原有系统的主接线及电气设备短路电流水平限制，有时候即使在采用高阻抗变压器且分列运行的情况下，也不可避免的出现短路电流水平超出原有设备短路电流水平的情况。因此，常在新建变压器回路中装设串联限流电抗器，以达到限制短路电流的目的。限流电抗器可以看作故障电流限制器的一种，此外，还有快速限流器（Is-limiter）、超导故障电流限制器（SFCL，superconducting fault climiter）、固态故障电流限制器（SSFCL，solid-statefaultcurrentlimiter）等。

限流电抗器CLR[2-CLR串联在发电机、变压器、母联或馈电回路中，1为限流电抗器图 限流电抗器CLR的典型应的有载调压及线路工频过电压[4]也有一定的影响。2009年12月，浙江500kV瓶窑变投入了一台8W，2000AIs-Is-limiterABB公司研发生产的一种故障电1960年以来，已经在世界范围内有了数千安装实例。其原理图如图2所示。正常工作时间小于1ms。发生短路故障以后，主导体及并联图 Is-limiter原理Is-limiter除可用于母联回路及发电机回路［参见图1（a）、（b）］外，还具有如图2所示的典3（a）的连接方式可以避免限流电抗器引起的电压损失，图3（b）中的Is-limiter具图 Is-limiter的典型应Is-limiter具有较高的可靠性，在国外具有良好如2008年7月在上海宝钢投运的12kV limiter等。超导故障电流限制器SFCL[6-随着二十几年前高温超导体(HTS，High superconductor，冷却温度196℃，冷却介质液氮)的诞生，SFCL随之出现。根据工作原理不同，又可分为电阻型SFCL和磁屏蔽型感应型SFCL两种。SFCL4

图 电阻型SFCL原理SFCL结构简单，反应速度快。但系统SFCL5所示。图 磁屏蔽型感应型SFCL原理磁屏蔽型感应型SFCL超导材料需求量少，无SFCL均可用于母联回路、馈电回路及变压器回路，参见图1（a）、（c）、（d）。固态故障电流限制器SSFCL[9-SSFCL原理图如图6所示，正常运行时，电容C1与电感L1发生串联谐振，总阻抗表现为零；发生SW1高速闭合（3ms），电感L1接入回路，起限流作用，阻抗Z1可限制通过固态开关SW1的涌流。为进一步增强其可靠性，增加了氧化锌避雷器及旁路（Z2BPS组成），旁路作为固态开关SW1的后备。图 固态故障电流限制器SSFCL原理SSFCL采用电子元件，动作速度快，允许动作

国外某油田，目前已探明原油储量达180（24.33亿t），是世界上迄今为止最大的五个未开发油田之一。该油田将分三期进行开发，预计一期48口油井，稳产后日产原油8.53018.5万量达到每天30万桶。40.8MW541备，单台额定容量16MW，额定电压11kV；二期用电27MW4台同样的发电机，所有发电7图 利用 7.1计算软件分别对一期、二期 图 程及一期+二期工程进行短路电流计算，得到计算18所示。由计算结果可知，当母联11kV母线三相短路电流有效值及77.6kA和196.4kA，这远远超出了普通中压开关柜的短路耐受能力。因此，可以考虑在母联回路中装设故障电流限制器，以达到限制短路电流的目的。

表 11kV11kV）549——采用限流电抗器在母联回路中装设不同容量的CLR研究与开29所示。在不等于¥电抗器的电压损失均不超过5%2可知，当CLR1W时，11kVI、II段三相短路电流有效值均小于50kAI段母线三相短路电流131kA11kV开关柜的短时耐受电流峰值（125kA）；CLR2W时，11kV开关柜满足短路电流的要求；而随着CLR电抗值的增大，其限流效果逐渐变的不明显，当CLR为无穷大时，所得到的计算结果即为两端母线分列运行的短路电路值。因此，可以考虑在2～10W间选择一个恰当的数值，来确定所需的限流电抗器。表 11kVI11kVII12¥图 综合考虑可靠性、运行经验和成本，Is-Is-limiter可预设整定值，di/dt来分辨故障电流，当短路电流大于整定值时，Is-limiter动作，开断短路电流，当短路电流小于整Is-limiter不动作，由母联断路器开断短路电流；Is-limiter具有方向电流保护功能，可判断不10Is-limiter

短路电流波形图，其中虚线为未装设Is-limiter时+二期、一期、二期的短路电流；实线为装设Is-limiter后一期和二期的短路电流。从图中可以看出，装设Is-limiter后，I段母线三相短路电流峰值不超过125kAII段母线的情况与图 对短路电流的限制是一个需要综合考虑的问题。在设计初期，若能预见到会出现很大的三相短路电流，应从电气主接线及运行方式上对其进行限制，如采用高阻抗变压器、变压器分列运行等手段。在不可避免出现短路电流过大的情况下，可针对不同的情况选择不同的短路电流限制器加以限制。Is-limiter动作快，自带测量脱扣单元，具有较好的可靠性和良好的运行业绩。在配电室布局紧张，或对电压质量要求较高的场合，可考虑选择Is-limiter。为此，在上述工程中，选择Is-limiter来限制故障电流。超导故障电流限制器和固态故障电流限制器由于造价高、结构复杂、可靠性低，尚未得到大面积应用，目前尚处于试运行阶段。GB50059—2011.35～110kV变电所设计规范周静华 变电站低压侧限流电抗器电抗值的选[J].供用电,2009,26(3):48-高昆,袁良,李强,等.小型电厂接入系统短路电流的限制措施[J].华电技术,2009,31(10):68-69.陈水明,王威,杨鹏程.限流电抗器对输电线路工频过电压的影响[J].电网技术,2010,34(3):193-196.HARTUNGKH.Is-limiter—TheSolutionforHighShort-circuitCurrentApplications[EB/OL].ABBCalorEmag,2002,http://www.abb.de/calor.PAULW.SuperconductingTechnologyMovesOn[J].PowerEngineeringInternational,2001(6):27.PAULW.SuperconductingFaultCurrentLimiter-Applications[C].TechnicalandEconomicalBenefits,SimulationsandTestResultsCIGRE2000,13-201,Paris8/2000.PAULW,CHENM,LAKNERM,etal.Faultcurrentlimiterbasedonhightemperaturesuperconductors-differentconceptstestresults,simulations,applications[J].PhysicaC2001,354:27-34.VEDAT,etal.Solid-stateCurrentLimiterforPowerDistributionsystem[J]