01直流限流电路工作原理

直流限流电路与混合式直流断路器（图中以通流支路LCB、转移支路MCB、耗能支路EDB三条并联绘制代替）二者通过配合清除直流故障电流并实现自适应重合闸的过程可分为以下6个阶段，分别是：正常运行阶段、感性限流阶段、阻感限流阶段、故障线路隔离阶段、SI-SFCL自恢复阶段、故障性质判别阶段。

图1 直流限流电路工作原理及动作逻辑

02直流单极接地故障自适应重合闸技术

1）判别方法及重合流程

经过图1(a)-(e)的故障限流直至隔离的阶段后，系统开始判别接地故障性质。

给晶闸管T3施加导通信号，若此时接地点依旧存在，则储能电容C_d释放能量，电容电压降低，形成如图1(f)红色实线所示的电流通路；若故障点已消失，则无电流通路形成。

由此，通过检测储能电容C_d两端电压U_cc变化，能够对直流单极接地故障性质进行判别：若U_cc保持U_ccmax不变，则故障性质判别为瞬时性接地故障；若在给晶闸管T₃施加导通信号后，U_ccmax快速下降至零，那么判别为永久性接地故障。这里，为提高判别的准确性，可设置一个较小的电压阈值U_cc0取代零，即U_cc<U_cc0时，判定接地故障为永久性接地故障，否则为瞬时性接地故障。

若接地故障为瞬时性故障，那么经时间Δ_t后，给晶闸管T1施加导通信号，电阻R₄、电阻R₅、晶闸管T₁、晶闸管T₃、储能电容C_d形成通路，实现储能电容的释能，结束后，进行重合闸操作。若接地故障为永久性故障，则待电容电压降为零后，不再进行重合闸操作，并进行故障检修。

2）判别方法及重合流程仿真验证

（1）正确性验证。

图2给出了在永久性故障和瞬时性故障两种情况下储能电容两端的电压曲线。假设在t=1.207s时刻导通晶闸管T₃，故障性质判别单元开始判别故障性质，此时，观测储能电容电压U_cc。

当故障性质为永久性接地故障时，此时的U_cc在5ms后迅速下降至0.79 kV，低于预设电压阈值Ucc0(这里取电压阈值U_cc0为1 kV)。

当故障性质为瞬时性接地故障时，因故障点已经消失，储能电容C_d无法完成放电，U_cc当保持不变。

图2 不同故障性质下储能电容C_d电压

(2)耐受过渡电阻能力仿真。

为了进一步验证故障性质判别单元的普适性，在距离线路首端2、50、100 km处，经过渡电阻(R_f)10、100、200 Ω的条件下，分别仿真了永久性正极接地故障和瞬时性正极接地故障。

图3 不同过渡电阻下不同位置故障时仿真结果

仿真结果验证了所提方法能够准确判别直流单极接地故障性质，且具有较强的耐受过渡电阻能力。进一步地，基于直流限流电路的直流单极接地故障自适应重合闸技术对应流程可总结如下。

图4 所提自适应重合闸方法流程图

03后续研究方向或讨论话题

本文重点讨论了直流系统单极接地故障的重合闸技术，在后续研究工作中，直流限流电路在不同系统拓扑结构下的优化配置方法，对于以限流电路为边界条件的系统保护方法，以及在发生双极短路故障时直流限流电路的应用研究还可作进一步探索。

04总结

本文提出了一种基于直流限流电路的直流单极接地故障自适应重合闸技术，能够在直流系统发生单极接地短路故障后，准确进行故障性质判断，指导重合闸合理动作，具有较好的耐受过渡电阻能力，并兼顾阻感限流和辅助快速故障隔离的效果。具体结论包括：

（1）限流SI-SFCL单元和限流R₁单元在故障发生初期起到阻感混合限流的作用，降低直流故障电流水平；吸能R₂单元在故障隔离阶段可分担一部分故障能量，缩短断路器清除故障电流时间；限流SI-SFCL单元呈现出的感性限流效果，是确保吸能R2单元形成负电压从而接通故障性质判别单元的关键。

（2）故障性质判别单元能够在直流断路器隔离故障线路后，利用故障能量对其中储能电容C_d进行充能，再利用储能电容C_d充放电情况准确判断故障性质。若储能电容电压快速下降且低于阈值，则判别为永久性接地故障；若电压基本保持不变，则判别为瞬时性接地故障，并按照对应时序完成泄能和系统重合闸。

论文信息

文章链接

该研究成果发表于T1级期刊《电网技术》，论文第一作者为全讯600cc大白菜王常骐老师。

论文网址：

http://e-press.dwjs.com.cn/dwjs/weixin/2023-47-12-4877.html 《电网技术》2023年第12期：4877-4886.