限製短路電流的措施

在高、中壓電網采用串聯限流電抗器等措施來限製短路電流，實現短路電流水平滿足開關遮斷容量的要求是目前最為有效和通行的限製短路電流的措施。隨著係統短路容量的不斷增加，主網內越來越多的降壓變壓器中、低壓側，甚至750 kV及以下線路都需要加裝限流電抗器以限製短路電流，電抗器能夠減小短路電流和使短路瞬間係統的電壓保持不變。

如下圖所示係統短路電流有效值63kA，峰值168.2kA；加裝限流電抗器後，短路電流有效值降低到32.74kA,短路電流峰值降到83.4kA。

電抗器限流短路電流對比

中壓電網零損耗深度限流裝置主要由快速換流器、深度限流器、快速識別器及電流采集器等組成。正常運行時快速換流器閉合，一旦發生短路故障，快速換流器最晚可在7～8 ms 之內動作，在短路電流的第一次過零點投入深度限流器，零損耗深度限流裝置立即由“零損耗”狀態轉變為“深度限流”狀態。零損耗深度限流裝置不僅限流效果可以做到足夠深，而且克服了常規限流電抗器和高阻抗變壓器存在的電能損耗和電壓波動問題，避免了限流電抗器漏磁場帶來的電磁幹擾和附加損耗問題。零損耗限流技術，采用短路故障快速識別和快速分斷短路電流，能克服限流電抗器正常運行時帶來的巨大電能損耗，解決電壓波動及漏磁場等問題，電抗器的參數可以按要求的任意限流深度來設計。采用深度限流器、快速換流器、快速識別器構成基本的限流單元，結合高壓、超高壓絕緣平台及其取能技術，按照係統要求的限流深度采取多級限流單元串聯的方法，可以將零損耗深度限流技術應用到高壓、超高壓電網。

零損耗深度限流裝置設置了短路後快速投入功能、帶電後自動退出功能、誤跳後自動愈合功能以及遠方測控和事件記憶功能。當線路發生短路故障時，快速換流器在7～8 ms之內動作，在短路電流的第一次過零點投入深度限流器實現深度限流。當故障支路被切除或線路自動重合閘動作成功後，快速換流器自動合閘，將深度限流器短接，實現“零損耗”運行。正常運行條件下時，萬一發生快速換流器誤跳閘，則快速識別器自動控製其合閘，實現自愈，避免發生不對稱運行。

a.極速開關型無損耗限流裝置，如圖所示，采用超快速真空斷路器（極速開關）與電抗器並聯，工作原理是正常時極速開關將電抗器短接，處於零損耗狀態；短路時極速開關快速分閘，使電抗器投入限流。解決了電抗器長期運行帶來巨大的運行損耗問題。極速開關是采用快速渦流驅動技術操作機構的真空斷路器，快速渦流驅動靠電磁斥力為動力，航空母艦上電磁彈射器的工作原理就是通過彈射導軌的載流導線在磁場中運動，利用磁通量瞬間巨大變化產生的感應電磁斥力將飛機彈射升空，因此速度快；基於電磁感應渦流原理的電磁斥力機構和傳統操動機構相比，其結構簡單，分閘速度快，具有機械延遲時間短，初始反應速度快等優點，特別適合於驅動滅弧室動觸頭高速分閘，而觸頭的保持力則通過永磁保持機構實現，壽命高達10萬次，具有保持力大且穩定的優點，電磁斥力擊鼓和永磁保持機構結合使得大容量快速機械開關性能更加優越。極速開關主要組成包括：真空滅弧室、分合閘勵磁線圈、渦流盤、儲能電容器、永磁鐵等，開關動作時通過電平信號觸發可控矽導通，電容器向線圈放電，線圈產生的磁通，在渦流盤中感應渦流並與磁場產生互斥作用，驅動渦流盤帶動滅弧室動觸頭上下運動，與傳統斷路器相比，快速渦流驅動開關速動性提高10倍。合閘時間8ms以內，分閘時間可以控製在5ms以內，而傳統10kV真空斷路器分合閘時間為60ms左右。短路故障快速識別技術是利用電流瞬時值和電流變化率同時越線作為判據，0.3～0.4ms實現短路電流有效值的快速預測，在短路故障發生後的2～3ms完成短路電流有效值的識別和過零點的預測，基於快速渦流驅動技術的智能高速開關是分相控製的，分閘分散度做到0.1ms以內，合閘分散度可以做到0.2ms以內，普通真空斷路器為2-3ms。利用智能高速開關作為執行部件，可實現真正意義上的“過零開斷”。

極速開關型無損耗限流裝置

b.恢複爆破橋式高速限流開斷裝置，通過限流器和電抗器並接的方式實現。其工作原理是：工作時，限流器處於導通狀態，工作電流從限流器實心銅母線路徑通過，阻抗為零，沒有任何損耗；當短路發生時，限流器動作快速打開，將電抗器投入進行限流，由於價格低廉被廣泛使用，但采用爆炸橋強行開斷短路電流限流器，每一次限流後需停電更換爆炸橋，所以不能廣泛地應用於限製短路電流的各種場合。針對一般限流器中的開關爆炸橋開斷後需停電更換元件、不能快速恢複的缺點，研製出一種適用於各電壓等級係統的結構簡單、成本合理、無損耗、不用更換元件，可重複使用的電網短路電流限製裝置就顯得非常必要。

恢複爆破橋式高速限流開斷裝置采用自恢複爆破橋式高速限流開斷裝置與電抗器並聯，工作原理同極速開關型無損耗限流裝置相同，隻是采用自恢複型限流器取代快速開關。發生短路後，在電流未達到峰值之前，在電流未達到峰值之前，首個半波1-3ms內限流器開斷，電抗器投入運行，確保發電機和主變安全，對比於快速開關的開斷時間為5ms，速度更快；開關櫃內部預裝有一套後備限流器；短路動作後，無需停電通過斷路器合閘投入後備限流器保持續運行；按短路故障的平均間隔周期約3年一次估算，裝置在投運後3-5年可不用更換備件，僅在大修停電時更換即可，徹底解決了“單一爆炸式開關”動作後更換一次性元件帶來的運行成本增加和維護工作量加大等問題。

恢複爆破橋式高速限流開斷裝置係統圖

由於電抗器價格比較高，並沒有在線路中廣泛使用，但從係統應用的長遠效果來說，投資是值得的。