CN103825262B - 一种双回线用的故障电流限制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双回线用的故障电流限制器，包括同名端反接的耦合绕组；所述耦合绕组的绕组I接入双回线的I回线路，绕组II接入双回线的II回线路；绕组I和绕组II的变比为1:1，用于对双回线进行潮流平衡，保证I回线路和II回线路中电流相同；绕组I和绕组II的变比不为1:1，用于对双回线进行潮流调节，使I回线路和II回线路中电流不同，从而充分利用双回线路的传输能力。与现有技术相比，本发明提供的一种双回线用的故障电流限制器，可在双回线路的短路电流的初始阶段，且无需外加触发信号，就能可靠地将短路电流限制在预先设定的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力***短路保护装置，具体涉及一种双回线用的故障电流限制器。
背景技术
随着电网的迅速发展，负荷中心大电源的相继投入，以及大区域电网之间的互联，短路电流超标逐渐成为电力***稳定运行领域的突出问题。从根本上来讲，合理的电网网络结构是降低短路电流水平最有效、最基本的方法。目前在不改变现有电网结构和不更换大量原有设备的情况下，可以通过在电网的某些位置加装短路电流限制器(Short CircuitCurrent Limiter，SCCL)或故障电流限制器(Fault Current limiter，FCL)，使电力***短路电流限制在允许范围内，从而提高***的暂态稳定性。
短路电流限制措施包括***级措施和设备级措施两类；短路电流限制措施的运行方式包括主动式和被动式两大类。被动式短路电流限制措施构成简单，易于实现，在***正常运行与故障状态下通过增加***阻抗进行短路电流限制，但这种方法在正常运行状态下会产生电压降，增加***损耗。主动式短路电流限制措施只是在***故障状态下快速增加***阻抗，既限制了故障电流，又不影响***的正常运行。主动式短路电流限制措施包括自触发式和外触发式，其中电力电子型故障电流限制器属于外触发式。
①：***级措施主要包括电网解裂运行和母线分列运行两种降低***短路电流水平的措施，但这两个措施都属于被动方式限流措施，降低了电力***运行的稳定性、可靠性和灵活性，给***运行所带来的负面影响往往不可忽视。通过建设更高一级电压的主干电网是提高电网运行可靠性和稳定性的手段并不能解决当前多数电网短路电流水平超标问题，且建设难度大，周期长，需要进行更为广泛深入的研究，短期来说难以解决电网短路电流水平普遍超标的问题。
②：设备级措施主要包括高阻抗变压器、串联电抗器、变压器中性点经小电抗接地、高阻抗发电机、高压熔断器、Is-快速限流器、超导限流器、热敏(PTC)电阻、液态金属限流器、基于电力电子的固态限流器(Solid State Current Limiter，SSCL)、应用电磁驱动原理的故障电流限制器及复合式故障电流限制器等。其中高阻抗变压器、串联电抗器、变压器中性点经小电抗接地、高阻抗发电机都属于被动式限流措施，其余均为主动式限流措施。另外，利用静止同步补偿器(STATCOM)、统一潮流控制器(UPFC)、可控串补(TCSC)、静止同步串联补偿器(SSSC)、动态电压恢复器(DVR)和柔性直流(VSC-HVDC)等柔性输电技术、定制电力技术及“背靠背”直流输电技术等也可限制短路电流。
故障电流限制器作为解决电力***短路电流水平超标问题的重要措施之一，其限流器虽原理不同、结构形式各异、种类繁多，但其最基本的工作特性类似。如图1所示故障电流限制器的工作原理图，在电网正常运行时表现为零阻抗或微小阻抗，功耗接近于零；在电网发生短路故障时，迅速呈现高阻抗以达到抑制短路电流等目的。
当前电力***输电领域中，同塔双回线路因其大大提高了单位走廊宽度的输电容量和减小了线路建设费用得到越来越广泛的应用。但是当发生雷击时可能造成同塔双回线路同时跳闸，从而对电力***造成比较大的冲击；因此，提供一种适用于同塔双回线路的自触发主动式的故障电流限制器以保证同塔双回线路正常工作显得尤为重要。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种双回线用的故障电流限制器，所述故障电流限制器包括同名端反接的耦合绕组；所述耦合绕组为与双回线连接的耦合绕组；所述耦合绕组的绕组I接入双回线的I回线路，绕组II接入双回线的II回线路。
优选的，所述绕组I和所述绕组II直接接入所述双回线；
优选的，所述绕组I以与所述绕组II相反的方向缠绕在同一个柱体上的方式接入所述双回线；
优选的，所述绕组I以与所述绕组II相反的方向分别缠绕在两个柱体上的方式接入所述双回线；
优选的，所述绕组I和所述绕组II的变比为1:1，用于对所述双回线进行潮流平衡，保证所述I回线路和II回线路中电流相同；
优选的，所述绕组I和所述绕组II的变比不为1:1，用于对所述双回线进行潮流调节，使所述I回线路和II回线路中电流不同，从而充分利用双回线路的传输能力；
优选的，所述绕组I和所述绕组II上均设置有抽头，用于调整绕组I和所述绕组II的变比不为1:1；
优选的，所述绕组I和所述绕组II分别与一个旁路开关并联接入所述双回线，用于双回线故障时将故障电流限制器退出运行；
优选的，所述故障电流限制器安装在同塔双回线路的始端或中间或末端；
优选的，所述故障电流限制器安装在变电站的两条不同出线的出口处；
优选的，所述故障电流限制器安装在给一个变电站供电的两条不同输电馈入线上。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明提供的一种双回线用的故障电流限制器，可在双回线路的短路电流的初始阶段，且无需外加触发信号，就能可靠地将短路电流限制在预先设定的范围内；
2、本发明提供的一种双回线用的故障电流限制器，具有双回线路潮流平衡能力，同塔/杆双回线的参数不一致，或者是变电站的两条不同出线，或者由不同的输电线路同时给一个变电站供电时的两条进线，通过该故障电流限制器后，可以平衡所安装两条线上的线路电流；
3、本发明提供的一种双回线用的故障电流限制器，具有潮流调节能力，通过该故障电流限制器使双回线路的潮流不同，使得电力***充分利用两条输电线各自的传输能力。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是：故障电流限制器的工作原理图；
图2是：本发明实施例中双回线路用故障电流限制器的单相示意图；
图3是：本发明实施例中双回线路用故障电流限制器的应用实施图；
图4是：图3中不设置双回线路用故障电流限制器，D点发生金属性接地短路后的双回线电流曲线图；
图5是：图3中设置双回线路用故障电流限制器，D点发生金属性接地短路后的双回线电流曲线图；
图6是：图3中设置双回线路用故障电流限制器，D点发生金属性接地短路后的故障电流限制器原、副边绕组电压曲线图；
图7是：图3中不设置双回线路用故障电流限制器，B点发生金属性接地短路后的双回线电流曲线图；
图8是：图3中设置双回线路用故障电流限制器，B点发生金属性接地短路后的双回线电流曲线图；
图9是：图3中设置双回线路用故障电流限制器，B点发生金属性接地短路后的故障电流限制器原、副边绕组电压曲线图；
图10是：本发明实施例中故障电流限制器对双回线进行潮流平衡时的双回线电流瞬时值波形图；
图11是：本发明实施例中故障电流限制器对双回线进行潮流平衡时的双回线电流有效值波形图；
图12是：本发明实施例中故障电流限制器对双回线进行潮流调节时的双回线电流瞬时值波形图；
图13是：本发明实施例中故障电流限制器对双回线进行潮流调节时的双回线电流有效值波形图；
图14是：本发明实施例中双回线路用故障电流限制器的应用连接图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种适用于双回线路的故障电流限制器，在双回线路的初始阶段且不需外加触发信号，将短路电流限制在设定值的范围内，从而达到保护输配电设备和输电线的目的，满足电力***对双回线路短路保护的要求；如图2示出了本实施例中的单相故障电流限制器，该故障电流限制器包括同名端反接的耦合绕组，耦合系数k最大限度接近1.0，该耦合绕组为与双回线连接的耦合绕组；其中，耦合绕组中的绕组I和绕组II直接接入双回线，绕组I和绕组II的耦合方式包括二种方式：
①：绕组I以与绕组II相反的方向缠绕在同一个柱体上后接入双回线，即紧耦合；
②：绕组I以与绕组II相反的方向分别缠绕在两个柱体上后接入双回线，即松耦合；
故障电流限制器的绕组I和绕组II分别与一个旁路开关并联接入双回线，用于双回线故障时将故障电流限制器退出运行。
本实施例中的双回线包括电力***中同塔双回线路、同杆双回线路、变电站的两条不同出线以及给一个变电站供电的两条不同输电馈入线上；如图14示出了故障电流限制器设置在接入同一母线S的两条不同线路A和B。
故障电流限制器的绕组I和绕组II的变比为1:1，用于对双回线进行潮流平衡，保证I回线路和II回线路中电流相同；绕组I和绕组II的变比不为1:1，用于对双回线进行潮流调节，使I回线路和II回线路中电流不同，从而充分利用双回线路的各自传输能力。
设置绕组I和绕组II的变比不为1:1时包括：
①：设计绕组I和绕组II具有唯一的1:1变比，使用时不需再对其进行调整，将故障电流限制器直接接入双回线路中；
②：在绕组I和绕组II上均设置有抽头，使用时通过调整接入双回线路中的不同抽头，实现绕组I和绕组II变比不为1:1。
图3示出了本实施例中双回线路用故障电流限制器接入双回线后的应用实施图；其中双回线A点至B点，B点至C点的参数0.177H/5Ω、0.178H/5Ω和0.1H/2.8Ω均为500KV电力***输电线的等值参数，D点为I回线路的中间点，忽略输电线的对地电容；采用PSCAD(Power System Computer Aided Design)软件进行仿真，双回线路故障前每个单回线路中的线路电流为2.0KA。
①：当D点发生金属性接地短路时：
若双回线路中不安装故障电流限制器，由于I回线路发生短路故障，其线路电流会有较大的越变，如图4所示I回线路的线路电流最大峰值为12.5KA，其中细实线波形为I回线路的线路电流波形，粗实线波形为II回线路的线路电流波形；
若双回线路中安装故障电流限制器，如图5所示I回线路和II回线路的线路电流波形基本相同，且最大峰值为5.9KA；如图6所示故障前故障电流限制器的绕组I电压和绕组II电压基本为零，故障后绕组I电压和绕组II电压显著增加，其峰值约为167KV。这说明双回线用的故障电流限制器对双回线内的短路故障具有短路电流限制功能。
②：当B点发生金属性接地短路时：
若双回线路中不安装故障电流限制器，如图7所示I回线路和II回线路的线路电流波形基本相同，最大峰值为5.9KA；若双回线路中安装故障电流限制器，如图8所示I回线路和II回线路的线路电流波形也基本相同，最大峰值为5.9KA；如图9所示故障前后绕组I电压和绕组II电压变化值较小；因此B点发生金属性接地短路时，故障电流限制器对双回线的电流限制作用可以忽略。这说明双回线路用的故障电流限制器对双回线路外的短路故障不具有短路电流限制功能。
当图3中的I回线路和II回线路的等效参数不一致时，导致I回线路和II回线路中的潮流/电流不同，通过将故障电流限制器的绕组I和绕组II变比设置为1:1使得双回线潮流/电流平衡。本实施例中II回线路中A点至B点的等效阻抗为I回线路的80％：
①：若双回线路中不安装故障电流限制器，I回线路和II回线路的瞬时线路电流波形分别如图10中粗实线波形所示，二者最大差值约0.7KA；I回线路和II回线路的有效线路电流波形分别如图11中粗实线波形所示，I回线路的线路电流约为1.88KA，II回线路的线路电流约为2.35KA；
②：若双回线路中安装故障电流限制器，I回线路和II回线路的瞬时线路电流波形分别如图10中细实线波形所示，二者波形基本相同；I回线路和II回线路的有效线路电流波形分别如图11中细实线波形所示，I回线路和II回线路的线路电流约为2.09KA；
综上，本实施例中故障电流限制器对双回线的潮流平衡具有重要作用。
当图3中的I回线路和II回线路的等效参数没有差别，且需要双回线路实现不同的传输功率要求时，将故障电流限制器的绕组I和绕组II的变比设置不为1:1，使I回线路和II回线路中电流不同，从而充分利用双回线路的各自传输能力。本实施例中绕组I的电压和绕组II的电压的90％：
①：若双回线路中不安装故障电流限制器，I回线路和II回线路的瞬时线路电流波形分别如图12中粗实线波形所示，二者波形基本相同；I回线路和II回线路的有效线路电流波形分别如图13中粗实线波形所示，二者线路电流均为1.93KA；
②：若双回线路中安装故障电流限制器，I回线路和II回线路的瞬时线路电流波形分别如图12中细实线波形所示，二者波形最大差值接近0.3KA；I回线路和II回线路的有效线路电流波形分别如图13中细实线波形所示，I回线路的线路电流约为2.03KA，II回线路的线路电流约为1.82KA；
综上，本实施例中故障电流限制器对双回线的潮流调节具有重要作用。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (8)
1.一种双回线用的故障电流限制器，其特征在于，所述故障电流限制器包括同名端反接的耦合绕组；所述耦合绕组为与双回线连接的耦合绕组；所述耦合绕组的绕组I接入双回线的I回线路，绕组II接入双回线的II回线路；
所述绕组I和所述绕组II分别与一个旁路开关并联接入所述双回线，用于双回线故障时将故障电流限制器退出运行；
所述绕组I和所述绕组II的变比为1:1，用于对所述双回线进行潮流平衡，保证所述I回线路和II回线路中电流相同；
或者，
所述绕组I和所述绕组II的变比不为1:1，用于对所述双回线进行潮流调节，使所述I回线路和II回线路中电流不同，从而充分利用双回线路的传输能力；
耦合系数K最大限度接近1.0；
双回线包括电力***中同塔双回线路、同杆双回线路、变电站的两条不同出线以及给一个变电站供电的两条不同输电线馈入线上。
2.如权利要求1所述的一种双回线用的故障电流限制器，其特征在于，所述绕组I和所述绕组II直接接入所述双回线。
3.如权利要求2所述的一种双回线用的故障电流限制器，其特征在于，所述绕组I以与所述绕组II相反的方向缠绕在同一个柱体上的方式接入所述双回线。
4.如权利要求2所述的一种双回线用的故障电流限制器，其特征在于，所述绕组I以与所述绕组II相反的方向分别缠绕在两个柱体上的方式接入所述双回线。
5.如权利要求1所述的一种双回线用的故障电流限制器，其特征在于，所述绕组I和所述绕组II上均设置有抽头，用于调整绕组I和所述绕组II的变比不为1:1。
6.如权利要求1所述的一种双回线用的故障电流限制器，其特征在于，所述故障电流限制器安装在同塔双回线路的始端或中间或末端。
7.如权利要求1所述的一种双回线用的故障电流限制器，其特征在于，所述故障电流限制器安装在变电站的两条不同出线的出口处。
8.如权利要求1所述的一种双回线用的故障电流限制器，其特征在于，所述故障电流限制器安装在给一个变电站供电的两条不同输电馈入线上。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |