直流故障電流限制器的理論與應用研究.pdf

1、故障短路嚴重威脅了電網(wǎng)和大電源的安全與穩(wěn)定運行，裝備故障電流限制器是解決該問題的主要技術手段之一，這在交流系統(tǒng)中已成功應用。高壓直流的發(fā)展同樣需要抑制直流故障短路電流，因此，研究限制直流故障短路電流的關鍵理論與方法已成為當前直流電力系統(tǒng)研究的前沿課題之一。
　　 本文旨在研究具有直流故障電流限制功能的高壓緩沖器(snubber)，研究其限流機理、拓撲結構、渦流損耗、磁滯損耗，研制出微型緩沖器模型并對3.5nF/100kV高壓緩沖

2、器進行了仿真與測試驗證。本文的主要研究工作包括以下幾個方面：
　　 給出了考慮高壓緩沖器內(nèi)層鐵心完全飽和時等效電阻的分析方法：利用安培環(huán)路定律，在Fink-Baker高壓緩沖器分析方法的基礎上，推出不同鐵心疊片中渦流大小與飽和深度的關系，導出整個高壓緩沖器隨鐵心飽和深度變化的等效渦流電阻。根據(jù)高壓緩沖器的等效渦流電阻及NBI系統(tǒng)的雜散電容，建立雜散電容的放電模型。采用變量替換法，給出了詳細求解過程，得到了鐵心疊片飽和深度的指數(shù)時

3、間常數(shù)、電弧電流及峰值等。在此基礎上給出飽和至某層鐵心疊片時的等效時變電阻與弧流衰減時間的表達式。
　　 優(yōu)選出高壓緩沖器的鐵磁材料：從分析鐵磁材料的基本理論出發(fā)，對幾種鐵磁材料進行了對比分析，優(yōu)選出適于制造高壓緩沖器的鐵磁材料。分析了弧流控制參數(shù)與高壓緩沖器的尺寸關系，得到高壓緩沖器應為細長結構的結論。在確定傳輸線方案的基礎上，進一步明確高壓緩沖器的內(nèi)徑、外徑尺寸，以確定高壓緩沖器的總長度。
　　 提出并建立了包含高壓

4、緩沖器等效電阻與并接電感的仿真模型：該仿真模型的參數(shù)僅與高壓緩沖器的工況、尺寸及材料特性有關，并進行了仿真研究。研究結果表明：二次側接入負載電阻能提高高壓緩沖器的飽和閾值電壓，同時也提高其限流與吸能能力。該研究為微型高壓緩沖器的研制及大容量高壓緩沖器的研究提供了理論依據(jù)。
　　 參照高壓緩沖器的仿真設計方案，研制出微型緩沖器并進行試驗測試。試驗證明本文研究的高壓緩沖器能較好地限制直流故障電流。測試得到的弧流放電時間常數(shù)、電流峰值

5、與相應理論值基本吻合，驗證了前述高壓緩沖器理論分析的正確性。
　　 參加研制了3.5nF/100kV高壓緩沖器和在EAST NBI試驗平臺的測試，測試結果與理論值基本吻合。但由于NBI測試平臺的雜散電容超過預期值，東方超環(huán)EAST NBI系統(tǒng)建議采用兩臺3.5nF/100kV高壓緩沖器。
　　 本文提出的高壓緩沖器具穩(wěn)態(tài)電壓損耗小、限流阻抗大、響應速度快、限制電流效果好、吸收能量能力強等優(yōu)點，是NBI高壓系統(tǒng)中有應用前景