故障电流限制器介绍

故障电流限制器
故障电流限制器的介绍
故障电流限制器是一种国际上已经广泛使用的经济的先进的解决方案，其可以在第一个大半波内限制流经它的短路电流。

使用故障电流限制器，即使预期的短路电流超过其额定峰值和短时耐受电流，设备仍可继续使用；对于断路器，其额定短路断开电流也是如此。

这样就可以避免用户将所有的开关、母线、互感器等进行升级改造，或者至少将改造升级推迟到以后方便的时间。

对于新建的系统，故障电流限制器可以允许用户使用额定值较低的设备，这样会节省大量成本。

故障电流限制器的技术参数
图1：短路电流限制典型波形图
参考短路电流限制的原理，限制短路电流的最简单方法是使用适当高值的阻抗Z S。

狭义上的故障电流限制器是最佳的解决方案，不仅可以充分发挥系统的效能的同时，可以提高系统的可靠性。

故障电流限制器为了能够限制短路电流i1的第一个峰值Î1，必须在时间间隔t1内运行，并导致电流的上升速率为零或负，这可以通过在电路中在短路电流上升的初期迅速投入足够高的电压或阻抗来实现，这样的动作需要使用非线性元件并且分别导致形状为i2或i3的电流，这取决于电流是仅被限制（i2）还是被限制并被开断（i3），与此电流限制相关的是产生了与叠加的di/dt成正比的过电压。

故障电流限制器的限流特征参数在下面的特征参数中，定义了故障电流限制器的短路电流限制行为。

这些特性和关系涵盖了现有故障限流装置（例如，限流电抗器，高压限流熔断器，快速限流器（Is-limiter或UFCL-limiter））以及仍在开发中的故障限流装置（例如超导故障限流器，固态故障限流器）。

并适用于以下定义（请参见图2）：额定电流的峰值（Ir）- 1
最小启动电流（Îmin）- 2
被限制后最大的短路电流（Îmax）- 3
预期短路电流峰值（Îp）- 4
跟随电流的峰值（Îfol）- 5
图2：有关于故障电流限制器参数定义的波形图
a)只有限流功能的限流装置
b)具有开断功能的限流装置
根据上图2可以使用下面给出的关系来描述故障电流限制器的性能特征：
1、η0：跟随电流限制比。

限制后电流的峰值（5）与额定电流的峰值（1）之比，也称为固定电流限制比ηs
2、η1：峰值电流限制比。

被限制后最大的短路电流（3）与预期短路电流峰值（4）之比
3、η2：限流比。

限制后电流的峰值（5）与预期短路电流峰值（4）之比
4、ta：动作时间。

从t = 0出现故障到被限制后最大的短路电流（3）所需的时间
5、td：故障持续时间。

从故障在t = 0开始到故障电流中断的时间
6、tr：恢复时间。

从电流中断到故障电流限制器以低阻抗返回到其初始操作状态之间的时间
目前在全球市场，之于基于火工技术的快速限流器，由于其具备开断的功能，市场及制造商对动作时间的定义或有不同，在设备招标采购的过程中，导致技术评估困难，所以迫切需要制造商及用户对快速限流器有关时间参数的要求进行规范和统一。

根据短路电流的次暂态特征，故障持续时间td（亦可称为全开断时间）是统一技术要求的最佳参数，其合格条件应为：td<10ms。

故障电流限制器的分类
故障电流限制器的限流性能与不同限流设备的其它相关功能（例如损耗）的比较超出了本概述的范围。

被动和主动故障电流限制措施之间存在区别。

被动措施在正常和故障情况下都利用了已经很高的电源阻抗以限制系统预期的短路电流，而主动措施仅在故障情况下才使源阻抗快速增加而限制电流，两者存在着本质的区别。

主动型故障电流限制器可以进一步表征如下：1、自触发或外部触发。

2、仅具有电流限制或具有电流限制和开断的功能。

3、可复位或不可复位（故障限流器的一部分在操作后需要更换）
表
1：故障限流器设备分类
表2：已经商业化的故障限流器设备
表3：新技术故障电流限制器总览
类型
特征 限流措施 措施级别
动型措施 在正常运行和短路故障时实时增
加网络阻抗 电网分裂、母线分裂、引入更高电压等级 拓扑级措施 高阻抗变压器、限流电抗器
设备级措施 主动型措施 正常运行时阻抗很小，短路故障时阻抗迅速增大 高压限流熔断器
火工技术型快速限流器(Is-limiters or UFCL-limiters) 新技术：超导故障电流限制器PTC-电阻故障电流限制器液态金
属、固态开关等
然而尽管过去已经进行了大量研究，并且目前正在进行故障限流装置领域中的现有技术的研发，但是常规解决方案仍然还是：限流电抗器，高压限流熔断器，基于火工技术的快速限流器，对于中压或高压电网其它的新技术还不是经济上可接受的解决方案。

应该注意的是，当短路电流水平增加超过系统设备额定值时，如果不采用故障电流限制器，也可以通过以下措施来解决：
1、升级现有的所有开关设备和其它材料或部件
2、通过重新规划网络，例如电网解列或母线分段等
3、引入更高的电压等级
4、使用复杂的控制策略，例如顺序跳闸等等。