1 引言
故障限流器的開發(fā)和研制，開辟了提高交流輸電線和輸電網(wǎng)運行整體控制能力和水平的技術(shù)渠道，為高壓和超高壓輸電性能的革新改造指出了方向。
2 國外故障限流器研究的動態(tài)
故障限流器(FCL)早在70年代就出現(xiàn)在國內(nèi)外的文獻中，但真正受到重視和快速發(fā)展是在柔性交流輸電技術(shù)提出以后，從近十年的發(fā)展來看可以將故障限流器分為兩大類：第一類就是采用功率電子器件控制線路阻抗的限流器;第二類就是采用具有特殊性質(zhì)的材料作為限流器的基本組成部分，例如：超導(dǎo)材料和具有正溫度系數(shù)(PTC)的聚合材料等。
2.1 采用功率電力器件控制線路阻抗的故障限流器
這種故障限流器保護電路的基本思想就是：在正常負載情況下FCL所呈現(xiàn)的是低阻抗，但是在故障發(fā)生時，F(xiàn)CL動作保護就會呈現(xiàn)出大的阻抗值以限制故障電流，將故障電流限制在斷路器正常工作范圍內(nèi)，圖1為FCL的實驗室裝置圖。
在線路正常工作情況下，晶閘管處于閉鎖狀態(tài)，L2R2未被串入，電路為L1C串聯(lián)工作。而在故障發(fā)生時(SF閉合)，控制電路觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管，L2R2接入電容器兩端，與電容器并聯(lián)運行，增大線路阻抗值以限制故障電流。在這個電路中，晶閘管控制電抗器并聯(lián)接在電容器兩端，在正常運行條件下，晶閘管并不導(dǎo)通，僅在短路發(fā)生情況下，晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，L2接入電路起到分流作用，因此在正常工作情況下不會有諧波產(chǎn)生，同時由于相對比較短的保護過程，所以發(fā)熱情況并不嚴(yán)重，不需要冷卻裝置。
2.2 固態(tài)故障限流器
在1993年日本提出了固態(tài)故障限流器的設(shè)計方案，原因為：傳統(tǒng)過流保護系統(tǒng)由斷路器和過流延時裝置(OCR)組成，從短路發(fā)生到斷路器動作，一般有0.2s到0.5s的延時，這樣在延遲時間內(nèi)線路的電壓就會降低或是功率輸送間斷，影響輸送電能的質(zhì)量。為降低保護動作的時間，提高電能傳輸質(zhì)量，限制故障電流，提出了固態(tài)限流器設(shè)計方案，由于GTO響應(yīng)速度快，通常在控制裝置發(fā)出信號到GTO響應(yīng)動作只需40μs;控制裝置檢測到故障電流發(fā)出開通信號給GTO，限流電阻R串入主電路，限制故障電流，這樣整個系統(tǒng)的故障電流被限制在一定范圍內(nèi)，而且保護動作的響應(yīng)時間縮短了，提高了系統(tǒng)電能傳輸能力。
但是這種限流器的缺點就是正常情況下可控硅控制電路處于斷開狀態(tài)，僅在故障發(fā)生的情況下才能投入使用，所以它的使用率不高。
2.3 帶串聯(lián)補償故障限流器
1996年在日本又提出了帶串聯(lián)補償?shù)墓收舷蘖髌�，圖2給出了帶串聯(lián)補償FCL的原理電路圖，正常運行時為電感L1和電容C1串聯(lián)，可控硅控制裝置SW1關(guān)斷，電路阻抗呈容性，此時故障限流器工作在常規(guī)串補狀態(tài)下。在故障發(fā)生時，SW1迅速導(dǎo)通短接電容器C1，此時電抗器L1限制短路電流。低值阻抗Z1限制沖擊電流;過壓保護器件ZNO和旁路開關(guān)BPS并聯(lián)在電容器C1兩端，同時故障BPS也合閘，這樣低值阻抗Z2不僅可以限制沖擊電流，而且C1所儲存的電能通過Z2釋放。其特點是： ①正常運行時，由于SW1處于關(guān)斷狀態(tài)，所以沒有功率損耗。
�、谡＿\行時，相當(dāng)于常規(guī)串補，所以提高了故障限流器的使用率。
�、塾捎趲ТaFCL既可以限流，也可以補償無功，所以提高了系統(tǒng)的傳輸能力和穩(wěn)定性。
2.4 超導(dǎo)故障限流器(SFCL)
在1997年左右日本就開始研究超導(dǎo)故障限流器，同時中國科學(xué)院電工研究所也就超導(dǎo)故障限流器發(fā)表過文章。將超導(dǎo)故障限流器(簡稱SFCL)接入電網(wǎng)中，當(dāng)電力系統(tǒng)正常運行時，傳輸電流在臨界電流以下，超導(dǎo)體的電阻幾乎為零，對電力系統(tǒng)運行不產(chǎn)生影響。一旦電網(wǎng)發(fā)生短路，短路電流大于臨界電流時，超導(dǎo)體瞬時失超產(chǎn)生非線性高電阻，從而有效地限制短路電流。超導(dǎo)故障限流器(SFCL)有許多類型，其中橋路超導(dǎo)故障限流器具有廣闊的前景。橋式超導(dǎo)故障限流器的原理電路圖如圖3所示。它由二極管橋路D1～D4，超導(dǎo)線圈L和直流偏壓源Vb組成。正常運行期間二極管D1～D4全部導(dǎo)通，線路電流iac小于負載電流，此時調(diào)節(jié)Vb使SFCL對線路電流iac不表現(xiàn)出任何阻抗。此時橋路上只有較小的正向電壓降。當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，iac幅值增加到等于負載電流，這時在iac的正半周內(nèi)二極管D3和D4不導(dǎo)通，而在負半周內(nèi)D1和D2不導(dǎo)通，超導(dǎo)線圈就被自動串入線路，而且由于電流增大超導(dǎo)線圈失超呈現(xiàn)非線性高阻抗，因此短路電流的上升率就被大阻抗所限制。
2.5 采用正溫度系數(shù)聚合材料的限流器
在1998年左右，瑞士ABB研究協(xié)會提出采用具有正溫度系數(shù)(PTC)的聚合材料作為限制器的基本組成成分，這種設(shè)備在故障電流流過時能快速增大自身阻值來限制和切斷故障電流，通常其阻值可以提高8到10個數(shù)量級。由PTC電阻并聯(lián)限壓器構(gòu)成的限流器，具有隨溫度升高其阻值會增加的能力，溫度的升高是由于電流在PTC電阻上的功率損耗所引起的。在正常運行狀態(tài)下，PTC呈現(xiàn)低阻值，額定電流全部通過PTC電阻，此時PTC電阻上的功率損耗很低。當(dāng)故障出現(xiàn)時，電流大于臨界電流值而急劇上升，則功率也相應(yīng)急劇上升，引起溫度升高，從而PTC的阻值隨溫度的升高而迅速上升，以限制和切斷故障電流。這種設(shè)備所存在的缺點：①限制和切斷故障電流的時間是毫秒級。②PTC電阻比較容易受外界因素的影響。③對于限制較高數(shù)值的電流，效果比較明顯，而對于限制低值電流其效果不佳。
3 我國故障限流技術(shù)的發(fā)展前景
我國對故障限流技術(shù)的研究起步并不晚，但從實用化程度看，和國際先進水平還有一定的差距。在此提出幾點建議：第一：研究單位、生產(chǎn)廠家與用戶通力合作，避免研究和生產(chǎn)各自為戰(zhàn)，缺乏全面部署，重復(fù)開發(fā)，應(yīng)集中力量實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化;第二：制定長遠計劃。目前的研究僅限于某個工程、某個項目或裝置的開發(fā)、研制。應(yīng)納入國家長遠建設(shè)和科技發(fā)展規(guī)劃中;第三：廣籌資金。我國財力有限，但國家、部門、企業(yè)、用戶要通力合作，廣泛籌集資金，保證必要的研究經(jīng)費�？萍嫉陌l(fā)展日新月異，我國建設(shè)社會主義市場經(jīng)濟，為企業(yè)和科技人員提供了創(chuàng)新、競爭和合作的良好機遇，誰抓住了機遇，誰就能取勝。
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