电力系统中限流电抗器的应用研究文献综述

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1.
(l)短路电流限流开断器(F C LI )可应用于限制系统短路电流和电力系统灾难性短路事故保护,随着系统容量的不断增大, FC LI的应用将会越来越普遍.
(2)采用限流开关与限流电抗器并联是一种经济实用的限流保护方案,不但解决了高压断路器选择的经济性,而且从根本上避免了正常运行中串人限流电抗器带来的电压降.电能损耗等问题,提高了变电站的功率因数.电能质量,有利于系统的安全节能运行,是F C LI的典型应用方式之一141 .
超导限流电抗器的限流原理是:在系统稳定运行时,超导限流器是低阻抗状态,当系统中突发短路电流时,限流电抗器会在短时间(约5ms)呈现出高阻抗的状态,以限制短路电流的大小,为断路器提供较有利的开断条件。
某35kV超导限流电抗器主要分为电抗系统、直流励磁系统、低温系统、监控保护系统、外壳共5个部分,其中,直流励磁系统是限流器的控制部分,该系统的动作特性就直接决定了限流器的限流效果。
(3)为保证限流开断器可靠动作,建议用户在使用限流开断器时宜采取同时检测短路电流瞬时值i和电流陡度di /d t双判据作为开断指令,避免不必要的运行维护量
2.
2.1
接入限流电抗器,可有效解决电力系统短路电流过大的问题,但同时也会影响断路器暂态恢复电压、输电线路工频过电压以及操作过电压的大小。利用电磁暂态计算软件PSCAD/EMTDC,研究了限流电抗器对输电线路工频过电压的影响。仿真结果表明:限流电抗器的引入,使得由空载输电长线路的电容效应、不对称短路以及甩负荷引起的工频过电压增大至1.29 pu,略低于行业标准限值1.3 pu。建议在安装限流电抗器之前,对线路工频过电压进行校核,以保证运行安全。
3.
采用本文提出的措施2,各地方局已对辖区内的变电站限流电抗器保护方式进行了
改进,实践证明,该方法施工方便,运行可靠,可推广使用。
4.
4.1
随着电网规模的增大、负荷的增加,随之带来的问题就是短路电流的增大。最大短路电流可达60kA以上,甚至超过了断路器的遮断电流能力,因此,限制短路电流是保证电网系统安全稳定的重要手段。
参考文献
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关键词:MATLAB;节能降耗;限流电抗器;短路电流
1.
1.1
电力系统的短路电流水平随着电源容量的增加和电网的扩大而急剧上升,发电机或变压器发生近区短路时短路电流可达80一10 kA ,常规断路器很难满足开断电流要求.在电力系统中,通常采用加装限流电抗器.改变运行方式或选用高阻抗变压器等手段来限制短路电流,其中加装限流电抗器是最常用也较为经济实用的方法.限流电抗器的主要作用是当电力系统发生短路故障时,利用其电感特性,限制系统的短路电流,降低短路电流对系统的冲击,同时提高系统残压.但使用限流电抗器后,会存在很大的电能损耗,系统有大的波动时会产生较大的压降影响其他设备正常运行.如何消除限流电抗器产生的影响,已经成为电力系统正常运行中所面临的一个非常重要的问题
直流电源的控制部分
直流电源的控制部分是整个超导限流器的关键装置,内置的监测单元通过监测交流电网的电压和电流信号,当监测到交流电网发生短路故障时,系统在数毫秒内识别出故障,并及时通过开关和保护系统切断直流励磁.使超导限流器工作在限流态.同时保护系统各个部件免受关断电压和交流侧感应过电压影响;在监测到电网故障消除后。控制系统控制开关重导通。快速给限流器充磁。
4.3
超导绕组设计关键技术
(1)超导绕组匝问绝缘:超导限流器在稳态运行情况下,由于交流三相绕组、每相两个绕组间产生的磁通在超导限流器中柱上可以相互抵消.超导绕组上几乎不会产生交流感应电压。绕组匝间电压仅为直流电压。但当系统进入到限流状态时,交流绕组三相间就存在不平衡的关系。超导绕组会在短路瞬间感应出交流电压。因此超导绕组匝间绝缘强度是非常重要的问题。
( 2)加装一套简易的电流继电器差动保护
此方法的优点:保持了原主变差动保护回路不变,且由于变压器、电抗器不共用一套保护,具有独立性,当差动保护动作时,因易于判断故障范围,从而缩短了主变停电时间。缺点:需要增加继电器与变流器,过流保护所取电流由1Lห้องสมุดไป่ตู้移至3LH,工作量较大。
电抗器差动保护跳主变三侧开关。
(2)超导绕组承受的电动力:超导绕组上最大的电动力会出现在限流器限流状态下。在系统发生短路故障的时候,由于漏磁的存在,超导绕组轴向和幅向上将承受较大的电动力。轴向电动力使绕组向中间压缩,这种由电动力产生的机械应力,可能影响绕组匝间绝缘,对绕组的匝间绝缘造成损伤;而辐向电动力使绕组向外扩张。可能失去稳定性,造成相间绝缘损坏。电动力过大,严重时可能造成绕组扭曲变形或导线断裂。所以。超导绕组骨架制作与绕组固化等步骤都需要涉及到绕组的机械强度问题。
直流控制电源关键技术
直流控制电源部分包括直流电源、快速开关、磁能吸收模块以及控制模块四部分.如图1方框所包含内容。直流电源的负载是超导绕组.在稳态、限流态、恢复态具有不同的运行特性,因此对直流电源部分及控制部分有着特殊的要求。
直流电源
直流源用于向直流绕组提供直流励磁电流。由于电网长期正常运行,就要求直流源的输出具有较高的稳定度和可靠性。电源在运行的过程中会遇到两个问题:一个是在稳态运行时.铁心的不对称性在直流绕组两端产生的感应电压会干扰电源的输出的稳定性;另一个是在限流器在短路故障发生未切断直流回路之前也会有感应电压产生,会威胁直流电源的安全。直流源的输出要与超导磁体的设计相匹配.磁体中的超导绕组由多个超导饼串并联组合而成。35kV挂网限流器超导磁体的设计通流约为300A.故电源设计额定输出值为300A。由于直流源的负载是超导材料绕制的绕组.工作时直流绕组处于超导态,直流电阻几乎为零,即电源近乎在短路状态下工作。考虑到导线损耗、导线接点等因素,超导绕组稳态压降低于0.5V。所以电源应满足的条件。一是低电压大电流输出,二是具有输出抗干扰能力。
2.2
采取串联限流电抗器,可有效减小短路电流,促进电力系统的安全稳定运行。但是限流电抗器也会对线路的工频过电压产生影响,在空载容升模型中接入25 mH的限流电抗器,相当于线路增长了70~80 km。因此,使用限流电抗器时,要留有一定的过电压裕度。在发电机性能给定的情况下,甩负荷引起的过电压受容升效应和甩负荷时线路传输功率的影响比较大,甩负荷产生的过电压是二者的叠加。线路中接入限流电抗器,需重点校核线路出现甩负荷事故时的工频过电压。
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3
参考变压器保护划分原则,将电抗器保护采用的标准与容量划分原则为:
当电抗器容量> 10MVA时,应装设电抗器差动保护作为主保护,过流保护为后备保护。
当电抗器容量< 10MVA时,仅装设过流保护,延时跳开关。
根据上述原则,一般220kV变电站的限流电抗器保护方式改进措施可有:
( 1)采用变压器——电抗器组差动保护形式
4.2
35kV超导限流器直流励磁系统包括超导绕组和直流控制电源两大部分。
组成超导磁体的绕组(超导绕组)套在三相六铁芯的中心柱上,用于向限流器铁芯提供深度饱和的直流偏置磁势。直流控制电源用于向超导绕组提供直流偏磁电流,控制限流器的运行状态。直流控制电源包括直流电源、快速开关、磁能吸收模块、快速充磁电路、电网故障识别电路模块。
限流器的运行状态与直流控制电源的工作过程密切相关。在电网正常运行时,电源提供励磁电流将铁心偏置到深度饱和态.交流绕组呈现低阻抗,因此限流器对电网的运行影响较小,此时的限流器工作状态称之为稳态。当电网发生短路故障时,电网故障识别电路正确判断出电网故障,并向快速开关发出断开信号,指示快速开关动作,关断直流励磁电源的输出,使铁心退出饱和态,限流器呈现高阻抗,限制了电网中的故障电流。可以满足限流器的后面的断路器安全切除,此时的限流器的工作状态称之为限流态。在限流器实现从稳态到限流态的过渡过程中.需要实现超导磁体中磁能的吸收,主要实现办法是在超导磁体两端并联高能压敏电阻。为满足断路器正确安全重合闸,在断路器合闸之前,电网故障识别电路监测到断路器断开后,命令直流励磁系统快速开关重新导通,使限流器铁心恢复到深度饱和态,确保限流器重新呈现低阻抗.此时的限流器的工作状态称之为恢复态。
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4.4
超导限流电抗器的主要作用就是限制短路电流。对直流电源的要求是在稳态时能提供稳定的直流电流电流输出、并具备抗干扰能力;限流态时,能耐受瞬态时的过电压冲击;对于控制测量系统的要求是能监测电网三相电流电压值、短路故障电流的判断能力,当电网发生短路故障时,能在5ms内切断限流器的直流励磁回路,使限流器交流绕组呈现高阻抗,为断路器安全断开提供较好的安全条件。恢复态时,能在600ms内(断路器重合闸之前)将超导绕组励磁到稳态值。恢复限流器的低阻抗状态并经过试验测试,限流器的直流系统动作性能达到要求。
(3)超导绕组的热交换:超导磁体内的绕组是将铜合金线材绕在一个环形的骨架上制作而成。超导线材的工作环境温度在液氮温区77K (一196℃)下。只有在保障了超导绕组工作环境温度的情况下,才能保证超导绕组在超导态正常运行,因此绕组与液氮之间的热交换问题是设计中的重点。为了使超导线材有较好的散热空间,很好地与液氮进行热交换,选择较合理的骨架结构至关重要,同时还需保证骨架在液氮环境下的机械强度和韧性
文献综述
题目:电力系统中限流电抗器的应用研究
摘要:为了解决110 kv大柳塔变电站6 kv系统故障时短路电流过大的问题,我们采用短路电流限流开断器(简称FCu )与限流电抗器并联,在正常运行时将限流电抗器短接,消除电抗器产生的电能损耗及电压降,提高系统功率因数;在发生短路情况下Fc u快速断开,将限流电抗器投入,限制短路电流,提高母线残压该方法不仅有效限制了系统短路电流,而且消除了限流电抗器在运行过程中对系统造成的影响,在应用实践中收到良好效果。
3.
3.1
目前,电力系统运行中的220kV变电站,为限制短路电流,普遍在变压器的低压侧装有限流电抗器,设计手册与二次回路设计标准图册均未涉及到电抗器保护的内容。实际中发现设计部门在进行设计时,未考虑到电抗器应本身配置保护,而依靠相邻元件主变的后备保护作为它的保护。此时,若电抗器发生内部线圈、套管及引出线短路时,因电抗器自身无保护,只能靠变压器低压侧的过流保护动作跳开关,而变压器过流保护的动作时间一般较长,对严重的短路故障,将直接影响主变的安全运行。如1992年广东省某局一变电站因主变10kV侧出线近端短路,接连烧毁两台110kV日本三菱厂生产的31. 5MVA主变。
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