随着我国经济快速发展,全社会用电需求量不断增加,电力系统规模逐渐扩大,在建电网电压等级不断提高,各级电网联系愈加紧密,电网的短路故障电流水平超标问题日益严重。为了保证电力系统的安全稳定运行,必须采取措施有效的控制电网短路电流水平,近年来故障限流器(Fault Current Limiter,FCL)逐渐成为国内外专家学者的研究热点。目前已经研制的大容量故障限流器均存在响应速度慢、恢复时间长、结构复杂、经济性较低等问题,难以应用于高压、超高压等大容量场合。其中,紧耦合电抗器型故障限流器(High Coupled Split Reactance Type Fault Current Limiter,HCSR-FCL)凭借自动均流、结构简单、性能可靠等优势,有望应用于高压大容量电网。为实现HCSR-FCL在高压电网中的工程应用,本文基于理论分析和仿真计算针对其中的关键问题开展了一系列探索研究,除了针对其本身的拓扑结构和限流特性进行了必要的分析外,还研究了 HCSR-FCL相关参数对限流特性的影响及优化调整方案。首先提出了结合HCSR和快速真空开关的220kV电压等级HCSR-FCL新型拓扑结构,研究了 HCSR-FCL的限流原理和工作流程。HCSR有自动均流、限流的功能,可成倍提高短路电流的开断水平;快速真空开关K采用了人工过零熄弧技术,能在短路故障发生的首个半波限制故障电流,解决了目前FCL普遍存在的响应速度过慢的问题。然后基于有限元软件建立了 HCSR-FCL的场路耦合模型,仿真得到了HCSR-FCL全限流过程的详细数据,据此对HCSR-FCL的限流特性进行了详细分析。计算了 HCSR-FCL的相关限流指标,其中预期短路电流为60kA、稳态运行损耗为0.005%,故障响应时间小于5ms,均满足实际项目要求;研究了 HCSR磁场的时间变化趋势,HCSR磁通密度B在HCSR-FCL动作之后由零迅速增大,约5ms后达到首峰值5.76T;获得了 HCSR磁场的空间分布规律,HCSR内部磁场较大,外部磁场衰减很快,HCSR中心点径向、轴向上4倍HCSR半径距离处的B约为0.11T、0.05T;计算出HCSR陡波过电压的幅值约为179kV,陡波过电压的波前上升时间约为1.24× 10-7s。最后基于控制变量法分别研究HCSR-FCL故障响应时间、HCSR单臂限流电感和耦合系数对HCSR-FCL限流特性的影响,进而得到了 HCSR-FCL的参数优化方案。增大故障响应时间会使HCSR-FCL限流后的短路故障电流变小,但是限流前系统承受的故障电流更大;提高HCSR单臂限流电感能够有效提升HCSR-FCL的限流能力,然而HCSR-FCL的稳态有功损耗和空间磁通密度也会随之增加;降低HCSR耦合系数能略微提升HCSR-FCL的限流效果,但是HCSR的耦合系数不宜过小,否则HCSR无法在系统中维持理想的低阻抗、低压降和低损耗状态;基于上述参数影响分析得到了 HCSR-FCL的参数优化方案:在限流前系统流过故障电流、HCSR-FCL稳态运行损耗、HCSR中心点磁通密度、HCSR压降与实际生产制造工艺限制等条件的约束下,寻找HCSR-FCL故障响应时间的最大值、HCSR单臂电感最大值和HCSR耦合系数最小值。本文研究内容围绕HCSR-FCL工程实用化的关键问题展开,研究成果将进一步推进HCSR-FCL的高压大容量化和在大规模电网中的应用,具有重要的理论参考价值和实际指导意义。