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直流配电系统保护技术故障电流限流装置

2022/07/15198 作者:佚名
导读:故障电流限流装置可以限制故障电流的上升率或稳定值,甚至可以切断故障电流,可以在一定程度上弥补直流断路器容量的不足。将限流装置与隔离设备或小容量直流断路器相结合,可以形成直流配电系统保护替代方案。 直流配电系统保护技术电容直流断路器 直流线路故障时,滤波电容的快速放电电流不仅对整个系统造成威胁,而且还有可能损坏电容器本身。有文献提出用一种基于发射极关断晶闸管的电容直流断路器。可以在3-7s内切断电容

故障电流限流装置可以限制故障电流的上升率或稳定值,甚至可以切断故障电流,可以在一定程度上弥补直流断路器容量的不足。将限流装置与隔离设备或小容量直流断路器相结合,可以形成直流配电系统保护替代方案。

直流配电系统保护技术电容直流断路器

直流线路故障时,滤波电容的快速放电电流不仅对整个系统造成威胁,而且还有可能损坏电容器本身。有文献提出用一种基于发射极关断晶闸管的电容直流断路器。可以在3-7s内切断电容放电电流,从而保护系统和电容。需要注意的是,电容电流的突然切断会使直流线路失去电压支撑,直流电压骤降为零,但目前国内外文献尚未对这一问题展开讨论。

直流配电系统保护技术具有限电流能力的换流器

在短路过程中,VSC中与IGBT反并联的续流二极管因为要承受极高的过电流,也是极易损坏的器件。有文献对VSC进行简单改造,提出用具有电流关断能力的ETO或者IGBT代替反并联二极管。当直流侧发生短路时实现VSC完全关断,将故障点与电源隔离。与电容直流断路器类似,在保护系统设计时需要考虑具有限流能力的换流器与直流线路主回路的保护配合问题。

直流配电系统保护技术故障电流限流器

除了以上2种限流措施,专门的故障电流限流器FCL也引起了学者们越来越多的关注。FCL在故障发生时可以快速反应,限制故障电流,并可以与直流断路器相结合,根据直流断路器限电流水平控制故障电流,以确保直流断路器可靠地切断故障电流。目前出现的FCL主要有以下几种 :

1)基于超导材料的FCL,FCL电路主通路采用超导材料,在电路正常工作时正向导通压降很小,静态损耗小。当故障发生时,FCL进入非超导状态,阻值迅速增大,从而达到限制故障电流的目的。基于超导材料的FCL需要特殊的冷却系统,超导材料也需要特殊的保护。这一技术目前尚处于实验阶段,还没有可应用产品。

2)基于饱和电抗器的FCL。基于饱和电抗器的FCL则利用了电抗器的饱和效应,在电路正常工作时,使电抗器处于电磁饱和状态,导通电阻如同输电线路;当故障发生时,控制回路使电抗器退出饱和状态,对外表现出大电感特性,从而限制故障电流上升率。基于饱和电抗器的FCL的主要缺点是体积很大,制造困难,并且只能限制故障电流上升率。

3)基于正温度系数电阻的FCL。与基于超导材料的FCL原理类似,基于正温度系数电阻的FCL电阻值在温度低时很小,但当温度升高时,可以在几毫秒的时间内迅速上升。但目前可用的PTC电阻的电压、电流容量都较小,尚不能应用于大功率系统。过热会造成PTC电阻的损坏从而带来电路开断问题也是其应用的一个局限。

4)基于电力电子器件的固态FCL。基于电力电子器件的固态FCL,体积小、响应快,并具有全控能力。目前大部分固态FCL采用全控型的电力电子器件,如IGBT、集成门极换相晶闸管(IGCT)或门极可关断晶闸管(GTO),故其静态损耗和导通压降较大。采用半控型的电力电子器件可以减少静态损耗和导通压降,但同时也失去了精确控制故障电流的能力。有文献提出一种将全控型和半控型半导体器件相结合的新型固态FCL,主通路采用晶闸管,同时辅以IGBT故障通路,在保留全控型固态FCL的电流精确控制的同时减少了静态损耗。

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