摘 要 随着电网用电负荷的增加，短路电流水平不断提高，过大的短路电流会造成电力设备严重损坏，威胁电力系统安全。为了有效控制短路电流，提出了一种基于可变反应器的故障电流限制器设计方法，该故障电流限制器具有堆芯及可变气隙，能够实现短路电流的快速阻断。在此基础上引入遗传算法对故障电流限制器进行优化设计。采用有限元分析对故障电流限制器进行仿真实验，分析结果表明该故障电流限制器具有较好的故障电流限制效果。
故障电流限制器作为输电线路的重要组成部分［1］，因其机械结构简单［2］，被广泛用于限制电网短路电流［3-4］和高次谐波［5］。随着电力系统负荷加大，特高压输电系统［6-8］的建设迫在眉睫，但传统电抗器的安全工作电压阈值低于电力系统工作电压，致使电抗器的寿命大幅降低。此外，较高的短路电流可能会损坏变压器和发电机等电网部件。因此，需要在电网中加入FCLs（故障电流限流装置），以保证电网设备的安全稳定运行。而故障电流限制有多种方式，包括SFCLs（基于超导电阻的故障电流限制器）［9-11］、电流短路限制器、FACTs（柔性交流输电系统）［12-14］、正温度系数［15］、ISFCLs（基于电感饱和的故障电流限制器）［16］、PEFCLs（基于电力电子的故障电流限制器）［17-20］和串联谐振限制器。尽管这些设备实现了输电线路的有效保护，但其昂贵的造价和维护成本却给国家电力系统带来不小负担。例如，SFCLs不仅价格昂贵，而且在一定的温度条件才能进行正常的运转；FACTs价格昂贵且复杂，对于需要大规模应用故障电流限制器的输电线路而言，ISFCLs虽然无需在特定环境下运行，但每次短路后都要更换熔断器和连接器，给工作人员的运维工作造成严重负担，而且由于其电抗固定，在正常运行条件下，会导致显著的电压下降和无功功率消耗。因此，针对传统故障电流限制器存在的电压下降和无功功率消耗的问题，本文采用正常情况下低阻抗运行，短路后立即产生高阻抗的方式进行故障电流限制。因此，可以达到限制短路后的故障电流而在正常情况下无压降的目的，较好地解决了传统故障电流限制器的不足。同时，随着可变反应器研究的发展，文献［21］论述了基于堆芯饱和的故障电流限制器的设计和构造。在该故障电流限制器中，通过超导绕组的大直流电流，铁芯保持在饱和状态，致使在正常网络条件下，故障电流限制器的电抗非常低。短路后，故障电流产生的磁通克服了直流磁通，导致铁芯从饱和状态放电，从而使故障电流限制器的电抗增加。然而，这种结构也存在一定的缺点：超导绕组的成本高以及其特殊的温度条件［22］。为了实现输电线路过大短路电流的有效控制，解决传统故障电流限制造价和运维成本高的问题，本文提出了一种结构简单、价格低廉的VFCL（可变故障电流限制器）。该反应器不需要特殊的维护条件，就可以轻松回收，无需任何费用。该反应堆具有固定和移动的堆芯以及可变的气隙。当发生短路时，故障电流限制器气隙长度自动闭合，故障电流限制器电抗显著增大。同时通过遗传模块对反应器进行了优化设计和模拟。最后，采用有限元方法对VFCL模型进行分析模拟，结果表明所提设计具有较好的性能。
详细阅读请点击公众号链接：https://mp.weixin.qq.com/s/WdZm_hY26XHxV0UVPdLiyw
0 评论