《Electric Power Systems Research》：Impact of fast-switching fault current limiter on the transient recovery voltage characteristics of circuit breakers in 750 kV power systems
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•本文通过引入故障发生后断路器开断前触头电压振荡过程的影响，改进了现有的断路器瞬态恢复电压（TRV）理论模型，提高了理论TRV模型的准确性。•本文对比研究了常规感性故障电流限制器（IFCL）和快速开关故障电流限制器（FSFCL）的限流电感Lf对TRV的影响。研究发现，对于IF
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本文通过引入故障发生后断路器开断前触头电压振荡过程的影响，改进了现有的断路器瞬态恢复电压（TRV）理论模型，提高了理论TRV模型的准确性。
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本文对比研究了常规感性故障电流限制器（IFCL）和快速开关故障电流限制器（FSFCL）的限流电感Lf对TRV的影响。研究发现，对于IFCL，TRV峰值随Lf增大而逐渐降低，而恢复电压上升率（RRRV）先升后降。对于FSFCL，TRV峰值和RRRV均随Lf增大呈现非单调波动，存在这些参数较小的局部极值点。
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两种限流装置的并联电容Cp可有效降低RRRV。随着Cp增大，RRRV先快速下降然后缓慢下降。对于FSFCL，Cp降低了TRV的首峰并延长了TRV到达首峰的时间。
引言
随着现代电力系统的快速扩张，电网短路电流水平持续上升。这种增长对设备运行安全和断路器的可靠开断能力构成了严重威胁，从而损害了电力系统整体的安全性和稳定性。因此，抑制短路电流已成为电网扩建和安全运行的主要挑战之一。这在电压等级为750 kV及以上的交流系统中尤为关键，高功率传输容量和集中的系统架构使得短路电流水平更容易接近甚至超过断路器的额定开断容量。
目前，安装故障电流限制器（FCL）已成为抑制短路电流并确保超高压/特高压输电系统安全运行的有效措施。然而，随之而来的影响是它对断路器操作期间关键的瞬态恢复电压（TRV）特性的影响。TRV是指在电流开断瞬间出现在断路器触头上的电压[[1], [2], [3], [4]]。如果其幅值过高或恢复电压上升率（RRRV）过陡，可能导致重燃并导致开断失败，从而威胁断路器的绝缘完整性[[5], [6], [7], [8], [9]]。因此，有必要系统地研究FCL对断路器TRV的影响机制。目前关于断路器TRV的研究虽已有一定成果，但往往受限于理想初始条件的假设，并且主要关注配备常规IFCL的系统。文献[10]从理论上分析了电阻性和感性FCL对负载侧故障条件下RRRV与短路电流之间关系的影响。基于等效IFCL模型，文献[11]推导了RRRV的分析表达式，并考虑关键因素对实际线路中断路器RRRV进行了仿真研究。此外，文献[12]考察了IFCL安装位置对TRV的影响，具体比较了限流器安装在断路器源侧与负载侧的配置。关于TRV抑制方面，文献[13,14]分别通过增加接地电容和优化参数来限制TRV，以实现最佳效果。此外，文献[15]和[16]研究了两种先进的IFCL拓扑对断路器TRV的影响：前者分析了一种基于高耦合分裂电抗器与快速开关相结合的新型500 kV IFCL，而后者研究了一种固态超导IFCL。
尽管上述研究主要集中在常规IFCL上，而常规IFCL的安装会增加系统正常运行期间的损耗。相比之下，快速开关故障电流限制器（FSFCL）作为一种新型IFCL，由于其结构简单且对正常运行条件下系统的影响极小，受到了越来越多的关注。尽管FSFCL的拓扑结构、运行原理、限流性能和快速开关开断特性已被广泛研究[17,18]，但对其对断路器关键TRV特性影响的研究尚不充分——而这一方面对于实际工程应用至关重要。
尽管先前的研究有所贡献，但仍存在明显局限：(1) TRV的推导过程中忽视了故障发生后但开断前触头电压的振荡过程。(2) 尚未对配备FSFCL的750 kV系统中TRV的分析表达式进行系统性推导。(3) 仍缺乏对FSFCL安装如何影响断路器TRV特性的系统研究。
为弥补上述不足，本文提出了一种改进的断路器TRV分析模型，纳入了开断前触头电压振荡的影响。推导了装有FSFCL的750 kV系统中断路器TRV的分析表达式，从而便于系统分析FSFCL对TRV特性的影响，并与常规IFCL进行了对比研究。
章节片段
安装不同FCL的断路器TRV理论
在故障发生与电流过零开断之间的时间段内，断路器触头间会出现振荡电压，这是影响后续TRV初始条件的关键因素。基于这一前提，我们首先分别分析了配备IFCL和FSFCL的系统中断路器开断时触头间的电弧熄灭前电压振荡。随后，基于所获得的初值，进行理论分析……
仿真模型
为了验证理论分析并进一步研究FSFCL安装后的TRV行为，在PSCAD中建立了位于中国陕西省某地区的750 kV系统仿真模型。系统频率为50 Hz，图5展示了其布局示意图。当未安装FCL且A变电站CB1断路器出线发生三相接地短路故障时，流经CB1的短路电流达到66.91 kA，其……
不同影响因素下的TRV特性
TRV分析主要关注两个关键参数：TRV峰值和恢复电压上升率（RRRV）。TRV峰值过高和RRRV过高的情况都对电弧熄灭后恢复触头间隙中的介质击穿构成显著风险，可能导致重燃并最终导致断路器开断失败[1,2,21,19]。如前所述，TRV峰值Vp主要由其高频和……的幅值决定。
结论
本研究通过引入故障发生后断路器开断前触头电压振荡过程的影响，改进了现有的断路器TRV理论模型。建立了750 kV系统仿真模型，并进行了对比研究，调查了常规IFCL和FSFCL中改变限流电感和并联电容对断路器TRV的影响。主要结论……
CRediT作者贡献声明
邓靖豪：撰写——审稿与编辑，撰写——原稿撰写，可视化，验证，方法论，调查研究，形式分析，概念构思。赵学磊：撰写——审稿与编辑，验证，概念构思。李超：撰写——审稿与编辑，概念构思。徐明晶：撰写——审稿与编辑。邓俊波：撰写——审稿与编辑，验证，方法论，概念构思。范悦：资源。霍超：资源。赵冠坤：资源。魏平：资源。
邓靖豪|赵学磊|李超|徐明晶|邓俊波|范悦|霍超|赵冠坤|魏平
