大容量高速限流開關(guān)裝置及其應(yīng)用

□賈曉紅(洛陽水利勘測設(shè)計(jì)院)□張亞輝(河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司)

大容量高速限流開關(guān)裝置及其應(yīng)用

□賈曉紅(洛陽水利勘測設(shè)計(jì)院)□張亞輝(河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司)

大容量高速限流開關(guān)裝置通過D SP和D D S等技術(shù)開斷和限制短路電流，具有開斷電流大，限流時(shí)間快和截流時(shí)間短的特點(diǎn)，可有效對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，避免了巨大短路電流對(duì)電氣設(shè)備的災(zāi)難性沖擊，避免了因主設(shè)備燒毀而引發(fā)的大面積停電事故，可滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需求。

大容量；高速；限流；斷路器；電抗器

一、概述

大容量高速限流開關(guān)裝置具有很強(qiáng)的限制短路電流和開斷短路電流的能力。裝置內(nèi)的特種高速斷路器運(yùn)用DSP、DDS等技術(shù)使短路電流在1～2ms內(nèi)迅速轉(zhuǎn)移到FU和RV上，利用FU良好的限流特性和RV良好的吸能及限壓特性，使短路電流在遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期值時(shí)就被截止，從而使電氣設(shè)備得到可靠的保護(hù)。

二、工作原理及過程

大容量高速限流開關(guān)裝置由特種高速斷路器、特種熔斷器、限壓器、暫態(tài)電流互感器、控制器等元件組成。工作原理及過程如下：

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，暫態(tài)電流互感器檢測到短路電流信號(hào)并實(shí)時(shí)發(fā)送到智能控制器。

智能控制器對(duì)暫態(tài)電流互感器發(fā)送過來的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算比較，并及時(shí)發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)特種高速斷路器跳閘。

特種高速斷路器在跳閘的初始階段(時(shí)間為1～2ms)，短路電流就開始轉(zhuǎn)向特種熔斷器，特種熔斷器通流瞬間熔斷并在熔斷的同時(shí)建立很高的弧壓，維持弧壓時(shí)間為2～3ms。

特種熔斷器熔斷時(shí)建立的弧壓使限壓器開通，將電壓限制在允許范圍內(nèi)，同時(shí)吸收大量的能量。

系統(tǒng)短路電流轉(zhuǎn)移到特種熔斷器、限壓器進(jìn)行限流，限壓并衰減至0，從而實(shí)現(xiàn)了開斷和限制短路電流。

三、技術(shù)特點(diǎn)

大容量高速限流開關(guān)裝置使用了電流跟蹤技術(shù)和波形還原技術(shù)。通過預(yù)先整定系統(tǒng)短路電流的波形同實(shí)時(shí)檢測到的三相電流強(qiáng)度和相位進(jìn)行比較，如果出現(xiàn)兩相電流的波形在預(yù)先整定的短路電流波形外，則可以判斷出系統(tǒng)發(fā)生短路。通過DSP(無損電流信號(hào)檢測技術(shù))、DDS(無遲緩相位跟蹤技術(shù))等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。DSP對(duì)開斷電流的啟動(dòng)值自動(dòng)相位進(jìn)行跟蹤。DDS實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)際運(yùn)行電流波形的相位和強(qiáng)度，并與全波段預(yù)先整定值自動(dòng)比較判定。

四、應(yīng)用實(shí)例

（一）發(fā)電機(jī)出口短路保護(hù)

發(fā)電機(jī)出口發(fā)生短路時(shí)，由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的短路電流很大，而且非周期分量所占比例近50%以上。目前通常的解決方法為采用封閉母線或發(fā)電機(jī)專用斷路器。封閉母線實(shí)際運(yùn)行不靈活，變壓器側(cè)斷路器由于操作頻繁壽命減短且檢修不便。發(fā)電機(jī)專用斷路器在短路故障情況下可以開斷，但其它電氣設(shè)備有可能在1～2周波的短路電流作用下?lián)p壞。大容量高速限流開關(guān)裝置開斷容量大、分?jǐn)鄷r(shí)間短而且對(duì)非周期分量同樣具有極強(qiáng)的開斷能力，在這里使用可以彌補(bǔ)上述兩種方式的不足，使發(fā)電機(jī)、變壓器得到快速、有效、可靠的保護(hù)。

（二）發(fā)電廠分支母線及廠用變的保護(hù)

當(dāng)發(fā)電廠分支母線發(fā)生相間短路時(shí)，發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)同時(shí)向故障點(diǎn)提供短路電流，短路電流比發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)更大，采用封閉母線操作和維護(hù)不便，采用發(fā)電機(jī)專用斷路器開斷時(shí)間長并且沒有限流功能。采用大容量高速限流開關(guān)裝置可以彌補(bǔ)上述兩種方式的不足。大容量高速限流開關(guān)裝置同樣適用于勵(lì)磁變分支與同步發(fā)電機(jī)的端口。

（三）配合旁路限流電抗器使用

限流電抗器在限制故障電流的同時(shí)，存在3個(gè)問題，一是能耗損失大；二是大型設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，電抗器上壓降很大，影響供電質(zhì)量；三是無功損耗大，使系統(tǒng)功率因素下降，需增加電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償。

在電抗器上并聯(lián)一臺(tái)大容量高速限流開關(guān)裝置，運(yùn)行時(shí)電抗器即被短路，電抗器上電流很小，能耗降低，可以避免大負(fù)荷投運(yùn)時(shí)的壓降，同時(shí)還改善了系統(tǒng)的功率因素。

當(dāng)系統(tǒng)短路時(shí)，大容量高速限流開關(guān)裝置快速開斷，電抗器投入運(yùn)行，限制短路電流，同時(shí)可保證重要用戶不間斷供電。

（四）降低系統(tǒng)擴(kuò)建或并列運(yùn)行的投資

利用大容量高速限流開關(guān)裝置可使分段母線閉環(huán)運(yùn)行。這種運(yùn)行方式能提高供電可靠性，均衡多臺(tái)變壓器的負(fù)荷，減小大負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓降，從而保證供電質(zhì)量。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，大容量高速限流開關(guān)裝置將兩段母線快速分裂開。在變電站擴(kuò)建或增容時(shí)，改裝負(fù)荷側(cè)斷路器只需要開斷單臺(tái)變壓器的短路電流，無須更換所有斷路器。

（五）變壓器出線保護(hù)

在短路電流較大的系統(tǒng)中，一般采用限流電抗器串聯(lián)斷路器來限制短路電流保護(hù)變壓器，利用大容量高速限流開關(guān)裝置良好的限流特性，直接替代電抗器串聯(lián)斷路器來保護(hù)變壓器。

五、結(jié)論

大容量高速限流開關(guān)裝置具有開斷電流大，限流時(shí)間快和截流時(shí)間短的特點(diǎn)，解決了普通斷路器和爆炸橋式大容量高速開關(guān)存在的諸多問題。裝置具有開斷300kA以上短路電流的能力，同時(shí)具有極強(qiáng)的限流能力，可將短路電流的實(shí)際值限制在預(yù)期值的20%～50%。裝置的限流時(shí)間僅為l～2ms，開-斷截流時(shí)間為5～8ms，在此過程中電流已被限制在安全值以內(nèi)。本裝置的使用避免了巨大短路電流對(duì)電氣設(shè)備的災(zāi)難性沖擊，避免了因主設(shè)備燒毀而引發(fā)的大面積停電事故，改變了僅通過綜保裝置保護(hù)一次設(shè)備的傳統(tǒng)，可滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需求。

2010-04-08

賈曉紅(1973-)，女，工程師，洛陽水利勘測設(shè)計(jì)院從事電氣設(shè)計(jì)工作。