《LC谐振电路限制故障电流的原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LC谐振电路限制故障电流的原理（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、LC谐振电路限制故障电流的原理L.,Lci誊扶电路,板珲电流,.f艮液LC谐振电路限制故障电流的原理奇慧中丁摘要本文对通过LC谐振电路接八输电线路降低故障电流的方法进行了试验.应用分析方法争暂态模拟技术对系统的运行进行了分析,通过参数研究采确定元件和网络参数对限流嚣工作的影响,研完了设计方法和元件的选择标准.1引言本文提出了使用晶体管开关和一个并联的LC谐振电路降低故障电流的概念.目的在于全面地研究其工作原理,通过对参数的研究确定元件的选择标准及使用方面的限制.2系统概念一个理想的限流器应满足下列要求:在jj合位置,电压降为零;在断开位置,具有高阻值;动作在第一个峰值之前;降低哲态故障电流;消
2、除直流分量;切断稳态故障电流.本文阐述了在故障期间,通过接人结论1.为了正确计算输电线路瞬时三相突然短路跳闸在汽轮发电机申可能出现的电磁负载,必须考虑位于短路点外输电线路段电磁过渡过程的阻尼.2当瞬时突然三相短路跳闸而发电机又未脱离电网时,如果最大可能出现在发电机一汽轮机轴段的轴系扭振的周有频一个LC谐振电路与线路的串联来限制故.,障电流,也可利用调谐到电源频率的个电感和一个电容的并联来实现.对电路粗略的哲态分析表明,故障发生后谐振电路必须立即接人电路,这需要动作时间几毫秒的高速开关.开关的一些可能接法如图1,图2所示.在图1中,电窖C与线路串联,提供串联补偿.当短路发生时,晶闸管THl和n一
3、2触发导通,使电感L与电容C并联,由此得到谐振电路来限制故障电流.在图2中,在正常运行情况下,电流流过GT0开关.当故障发生时,GTO开关被切断.电流转移到谐振电路,从而限制故障电流.率值低于30Hz,那么,在发电机轴系中所出现的最大机械负载几乎与输电线路三相短路地点远离发电机的程度无关.3.当研究在具有横向窖性补偿输电线路上汽轮发电机的运行时,必须考虑发电机和输电线回路的电磁过程随时阃的阻尼,以及轴系扭振存在有随时问的阻尼之间的相互影响.(黄靡礼译自(苏)电工技术1991.No4)粤一母围I晶闸管控制的谐振限流器比较两者,可知图1的电路更好.因此将对这个电路作进一步的研究.3运行分析3.等值
4、电路使用图3所示电路对限流器的运行进行了研究.图中限流器安装在两个大的电力系统互连的联络线上.每一个系统以一个电压源与一个电感的串联来表示,输电线路以一个型等值电路表示,限流器是一个电容与电感的并联支路.假设电压过(cJ圈3计算放障电流的等值电踌(tgffl,留(b】苷值电路cc)俺化等值电路36GTO一2图2GTo控制的谐振限流器零时线路出现了三相故障,限流器保证直流分量为最大.故障后的系统等值电路如图3(b)所示,这个等值电路用来进行系统攘拟.简化后的等值电路如图3(c)所示.这是一条354kv,长300km的输电线,其阻抗是0.055+j0.71n/k虺线路电容是l7.8t:F/kro.
5、电源以17kA(有效值)的三相故障电流来表示.3.2方程式用拉氏变挟公式计算故障电流,它具有一个稳态分量,两个直流和两个暂态分量.电流等式为:I(f)=l+十+1.2+la?(1)在谐振条件下并忽略电阻时的稳态电流为:一再等coscot?(2)式中:一.厂1百J面,=L|+Lt哲态电流:.(312=,o瓦L?(4);如Lsl直流分量:式中符号见图3,且co为循环频率,L为韧辱一叫s,始电路被调谐到电源电流表达式如下:=Vsin(cot-(7)式中,是谐振情况下阻抗的相位角.4灵敏度分析灵敏度分析的目的是为了确定电路参数对故障电流的影响,求出了元件选择的标准.被试验的参数为:初始电流故障位置,电
6、容电阻电感和LC电路的谐振频率.灵敏度分析使用图3例作为数值计算的例子.所选电路数据如表l所示.限流,:一器的特性阻抗定义为j=/土表1LC限流电路数据电路电容电感电阻特性盟抚Hnnl1.30.0O22041&262l0l0.066l247735土5n13124849,544l矗嘶q4388l6i1240.13OOO堪童0o鹱l0000j稳态短路电流如果LC电路被调谐到电源频率,电阻忽略不计,则稳态故障电流为零,如公式(2)所示.然而公式(7)表明限流器电感的电阻对电路的限流能力有显着的影响,如图4所示,建议限流器电感的电阻必须保持在技术所允许的最小值.即使LC电路不被调谐到电源频率,
7、它也降低了电流的稳态分量.公式(2)表示这个电路有两个谐振频率:?第一个当c【)=,当电流为零时,在前几节分析了这种情况.?第二个当c【)=卢,当发生串联谐振和稳态电流变为无限大时,当LC限流电路的阻抗在电携I频率下是容性时,会发生这个谐振.Sl01520R/x,%圈4电路参数对稳杰放障电流的影响图5LC电路谐振频率对故障电流的影响诖kLC电瞎的1曹矗势率在特性阻抗z保持恒定的情况下空亿2电藏以控有限藏器对故肆电藏的百分敷表示图5表骧当LC电路谐振频率丈于电源颇率时,限流器的阻抗是感性的,它有效的降低了故障电流.当限流器被调谐到电源频率,此时,它的阻抗是阻性,且很大,限流器是最有效的.谐振叛率
8、的进一步降低使LC电路的阻抗变为容性.但对于谐振频率在和卢之间,出于线路阻抗大于LC电路阻抗,电路总阻抗保持感性.在这个范围内,电流随着频率的降低而迅速升高.当=cc)时,总阻抗变为电阻性的,发生串联谐振,电流达到它的最大值.LC电路谐振频率的进一步降低,使电流降低.串联谐振频率取决于故障位置.为了避免串联谐振的危险,建议LC电路的谐振频率等于或大于电源频率.图5表明LC电路特性阻抗或电感的值大是有益的.厨岸,输电线路阻抗的提高也降低了故障电流.可以看到,一个LC电路的接人,即使它不被调谐到电源频率,也降低了稳态故障电流.LC电路的应用在谐波电路中产生了循环电流.这个循环电流具有稳态,暂态和直
9、流分量.这个电流决定了晶闸管开关和电感的额定值.通过初步分析,能计算出这个循环电流的稳态分量,图6表示计算结果.脯着限流器特性阻抗的降低,循环电流的稳态分量迅速升高.这个电流值可能会大于故障电流.器捌譬特性阻抗.n图6循环电流的稳态分量4.2暂态分量公式(4)和(3)表明暂态电流具有两个分量.如果不忽略电阻,这两个分量则按指数规律衰减.振荡频率卢高于LC电路的谐振频率,它的值取决于电源,线路和限流器的电感.把.代人卢的公式可得到振荡频率.jLh+L,I_.(7)在公式(4)中,是由初始电流引起的振荡.这个振荡的幅值不取决于LC电路的谐振频率.但随着线路阻抗和限流器电感的升高而降低.公式(4)表
10、明,如果LC电路在t=0或故障发生后不久接入,初始电流产生的振荡能被降低或实际上捎除.在公式(3)中,如果LC电路不被调谐到电源频率,是系统自激振荡产生的电流.可以看到,随着LC电路谐频率降低,暂态电流的幅值将升高,直到卢=时发生串联谐振.串联谐振产生危险的大电流,不过这种谐振仅当LC电路阻抗是容性时才会发生.如果把LC电路调谐到电源疑率,可以从公式(3)得出暂态电流.在这种情况下,这个电流取决于线路,电源和限流器电抗之和.再则这个公式表明限流器电感大,电容小是有益的.故障位置影响暂态电流.计算表明,如果故障点靠近电源,限流器更有效.从实际出发,如果把LC电路调谐到电源频率,暂态电流仅约为没有
11、限流器时故障电流的l5%.4.,直流分量公式(6)表明握高限漉器电感和降低初始电流能使初始电流产生的直流分量降低.必须注意到当故障发生在线路末端时直流分量升高.当厶l为零,故障靠近电源时直流分量为零.公式(5)为电路自激撮蔼产生的直流分量.LC电路的接人明显地降低了这个分量.降低系数为:r.RFd=韭:粤.(8)L+L,这里,为没有限瀛器时的直流电流,Jdc为具有限流器时的直流电流.这两个直流分量都不受LC电路谐振频率的影响.5计机摸拟使用微机暂态分析程序可对匿3所示墓:餐4【-J_JJ2盏.掣一24O2o406OS01时同圆7当敏障发生在线路末端时,由于j旨振电路控钶舶故障电流.罪蒴【器参教
12、:L=0.438H;R=1.65fi;C=16.F&具有谐振电路的系坑电压和恢复电压h具有诣撮电路的故障电汽G故有谐撮电路的故障电藏系统进行更详细的分析,典型的计算机计算结果表示在图7和图8.每次计算给出了当限流器被使用时的恢复电压,电流电压故障电流和循环电流.它也表示了不使用限流器时的故障电流,在这两种情况下故障电流都发生在电压过零,并产生最大的直流分量.计算机计算表明这两种情况下,故障电流都具有直流分量,暂态和直流分量的衰减主要是由予输电线路的电阻.当故障发生在线路末端时,暂态分量衰减得更快.可以看到,在这两种情况下,由于谐振限流器使故障电流的峰值明显降低.当故障发生在电源端时,峰
13、值降低了92%;当故障发生在线路末端时,峰值降低了43%.这两个数字表明,限流器的效率由于电源和线路阻抗的升高而降低.可以看出,循环电流的主要分量是稳喜:囊一墓一2r短路屯魄甓时闻ms圉8当故障发生在线路的电源端,由谐撮电路控制的故障电流限藏嚣参鼓:L0.438地R=1.65C=16.06具有谐振电路的系统电压和恢复电压h具有谐膝民路的故障电巍0故有谐振电路的故障电藏39.一帆,一lJ.避环雳掀长潭水电厂水涡轮迷宫环严重磨损事故分析广东电力试验研究所甄华锤丁_一广东长潭水电厂l号机组(永轮机型号为HLLJ一225)于l990年6月份发生了一次罕见的事故停机,对事故的原因众说纷纭,投有定论.现该
14、机组经修复已安全运行二年多,事实作了进一步回答,本文谨对这次事故作一些分析.1事故停机后检查情况水涡轮上迷宫环磨损非常严重,上迷宫环的梳齿处磨掉的最大深度达l8ITlm,下迷宫环磨掉最大深度3.7mm,上迷宫梳齿被完全磨蚀,如图l示.在一X,一Y之间,即在顶盖调相管的位置,发现一块半熔化状的大钢块,体积约980mm130mmx3mm,如图2并在调相管内藏有一堆钢屑;下迷宫环在+Y方向又发现长78mm,厚2mm的钢块,在吊出永涡轮时人们吃惊地看到上,下迷宫环粘有大量的钢屑,这样的事故,确是广东水电史上欢.在吊出水涡轮前测得各轴承问隙数据是:上导最大单边间隙为n26iTlm,下导为0.35mm,水导(转动油盆筒式轴态电流.当故障发生在线路末端时(图7),直流分量较小,暂态和稳态电流相互作用产生了354kV的电流峰值.当故障在电源端(图8),暂态电流
