零損耗深度限流裝置在廠用電系統(tǒng)中的應用

宮志堅

（江蘇梅蘭熱電有限公司，江蘇泰州　225300）

零損耗深度限流裝置在廠用電系統(tǒng)中的應用

宮志堅

（江蘇梅蘭熱電有限公司，江蘇泰州225300）

為減少廠用電抗器正常工作時的電能損耗，為企業(yè)降低生產(chǎn)成本，且同時保證廠電用系統(tǒng)故障時的安全運行，采用深度限流裝置技術對10KV廠用電抗器供電回路進行改造。實現(xiàn)廠用電抗器正常運行時零損耗，故障時快速接入，起到限流作用，保證10KV廠用電母線安全運行。

零損耗；深度限流裝置；電氣主系統(tǒng)；節(jié)能

我國電網(wǎng)規(guī)模的快速持續(xù)地增大，使得短路電流也在不斷地升高，帶來了開關遮斷容量不足、變壓器抗短路沖擊能力不夠等一系列問題。電力系統(tǒng)通常解決的辦法是加裝限流電抗器，但系統(tǒng)正常運行時，額定電流流過限流電抗器時會產(chǎn)生壓降，因此串聯(lián)限流電抗器的電抗率不能太高，否則壓降太大會影響電抗器下端負載的正常運行，并且電抗器正常運行時帶來的有功和無功損耗、漏磁場干擾等也是不可忽略的問題。為了解決電力系統(tǒng)短路電流超標問題，使用零損耗深度限流裝置（簡稱ZLB），本裝置采用原裝進口高速渦流驅動大容量開關與深度限流電抗器并聯(lián)的一體化設計，具有正常運行時無電能損耗，無壓降；短路故障時快速投入高阻抗；短路故障切除后自動恢復等功能。

1　電氣主系統(tǒng)介紹

設計院提供系統(tǒng)圖（見圖1）：

圖1　一次系統(tǒng)圖

F1、F2、F3號發(fā)電機分別通過ZB1、ZB2、ZB3主變升壓至35KV站再到110KV變電所，F(xiàn)1 F2機組為一期工程，采用了電抗器限流，F(xiàn)3機組二期工程設計在發(fā)電機出口10KV廠用電分支處裝限流電抗器，其35KV側系統(tǒng)短路容量為546MVA。

現(xiàn)將本系統(tǒng)其余相關設備參數(shù)（包括變壓器的容量、變比、阻抗百分數(shù)等）整理如下（見表1、表2）：

表1　發(fā)電機參數(shù)（功率因數(shù)cosΦ=0.8）

表2　主變參數(shù)

2　參數(shù)計算

2.1標幺值計算

根據(jù)設計院提供的數(shù)據(jù)：F1、F2、F3發(fā)電機電抗標幺值為0.3227；ZB1、ZB2、ZB3主變電抗標幺值為0.2625；35KV側系統(tǒng)電抗標幺值為0.18315，限流電抗器電抗標幺值為0.3142，參見系統(tǒng)等值電抗圖（見圖2）：

圖2　等值電抗圖

2.2短路電流計算

根據(jù)設計院提供資料，現(xiàn)將短路電流列表3如下：

表3　短路電流計算表

3　使用思路

通過在10KV廠用電分支處加裝限流電抗器，標幺值為0.3142的等值阻抗來限制短路電流，根據(jù)理論計算以及實際配置定其阻值為0.3849歐姆，表3中Id2、Id3、Id4點的短路電流即為未加裝限流電抗器的短路電流有效值，Id5、Id6、Id7點的短路電流即為加裝限流電抗器限流后的短路電流有效值。

根據(jù)設計院提供的限流電抗器額定電流為1500A，限流電抗器電感值：0.3849/314=1.225mH，限流電抗器電抗率:√3*0.3849*1.5/10*100%= 10%，限流比：K1=Id5/Id2=11.774/33.259=0.35，限流深度：K=1-K1=0.65。故可采用深度限流裝置，即ZLB-10-1500-10%的零損耗深度限流裝置能將短路電流限制在可靠的范圍內，以保護設備及供電線路。

根據(jù)額定電流以及短路電流可選擇斷路器參數(shù)：額定電流IN=1600A；UN=10.5KV斷路器額定短路開斷電流IK=40KA。

4　ZLB零損耗深度限流工作原理

4.1限流原理（見圖3）

圖3　

4.2工作過程描述

正常工作時，快速換流器處于常閉狀態(tài)，將限流電抗器金屬性短路，整體表現(xiàn)阻抗為零；當發(fā)生短路時，測控保護裝置監(jiān)測到短路電流大于設定值，快速換流器利用快速渦流驅動機構，在7~15ms內將限流電抗器投入回路，限制短路容量，可將短路電流限制到50%以下。短路故障切除后，可立即恢復，即將電抗器快速短接，實現(xiàn)零損耗運行。

4.3零損耗深度限流裝置的特點

4.3.1動作速度快本裝置能在系統(tǒng)發(fā)生短路的7～15毫秒內將短路電流開斷，深度限流電抗器將短路電流降至50%以下，使用高速渦流驅動開關，實現(xiàn)5毫秒分閘，10毫秒合閘。同時測控單元使用高精度、高速數(shù)模轉換器，對系統(tǒng)電流進行檢測，當電流大于設定值時，在2毫秒內通過高速DSP技術和專用算法，快速計算短路電流及電流過零點的精確時刻，并在過零點之前發(fā)出動作信號，驅動開關在過零點之前切斷電路，確保燃弧時間最短，在7～15毫秒內將短路電流換入深限流電抗器中。短路故障切除后，測控單元自動檢測到母線電壓回升時，發(fā)出合閘命令，高速真空斷路器合閘，限流電抗器退出運行。

4.3.2開斷能力強進口開關包括三項獨立動作，利用對觸頭剛分時間的合理控制，確保各項動作均為臨界過零開斷，使燃弧時間最小，短路開斷能力可輕松達到80KA。

4.3.3限流效果好電抗器正常運行時，無電流通過，電能零損耗，零壓降。在短路發(fā)生時投入工作，短路電流限制在預期短路電流值的50%以下，從而在發(fā)生短路的過程中將短路電流大大降低，變壓器免受巨大的短路電流沖擊，系統(tǒng)內斷路器開斷能力相應降低。

4.3.4使用壽命長開關使用高速渦流驅動機構，比普通斷路器的操作機構運動簡單，且使用簡單的直線運動，沒有復雜的傳動機構，磨損極小，機械壽命及可靠性大大提高。同時，本裝置系統(tǒng)過零點開斷，燃弧量不到普通斷路器的10%，觸頭燒灼小，觸點電壽命長，深限流電抗器無短路發(fā)生時，處于零損耗，不發(fā)熱，無壓降狀態(tài)，使用壽命長。

4.3.5性能更可靠本裝置核心部件均為國外生產(chǎn)，在強電磁干擾環(huán)境下仍能可靠運行。同時，電子控制器帶有實時自檢功能，信息均可受后臺監(jiān)控。

4.3.6動作分散度小由于大幅度地縮短了合閘時間并配置了直接驅動的高速渦流驅動機構，合閘分散度可以控制在0.1毫秒以內[2]。

4.3.7合閘無反彈零損耗深度限流裝置的主要配置為羅氏線圈、智能測控單元、高速渦流驅動開關和限流阻抗，可加裝防觸頭撞擊裝置，確保合閘無反彈。

5　經(jīng)濟效益分析

目前解決電力系統(tǒng)短路電流超標問題，電力行業(yè)有以下幾方面的措施，現(xiàn)針對這些措施從經(jīng)濟和效果上做簡單分析。

通過長期在線路中串聯(lián)一只電抗器，限制短路電流，但若限流電抗的阻抗大，則降低了變壓器的輸送功率；反之則限流深度不夠。限流電抗器長期運行，也不符合低碳的精神。

高阻抗變壓器采取增加漏磁的方法限制短路電流。但將增加高達上百萬的設備投資，另外高阻抗變壓器正常運行時也會帶來巨大的電能損耗。

本次擴建工程為與一期保持一致，實施的方案為串聯(lián)電抗器限流方案。在變壓器低壓側串入一只電抗率為10%的普通限流電抗器，會產(chǎn)生巨大的功耗具體見表4。

表4　單套三相電抗器年損耗計算表

綜上所述解決系統(tǒng)短路電流超標問題，大容量斷路器給企業(yè)增加了一次性投資，并且無法避免主變受短路電流沖擊而損壞的事故發(fā)生。限流電抗器方案和高阻抗變壓器方案都存在投資成本高、運行成本大的問題，盡管限流電抗器方案造價較低，但在一次性投資方面節(jié)省的效益仍不能抵消電能損耗帶來的經(jīng)濟損失。

較之傳統(tǒng)的解決方案，ZLB零損耗深度限流器采用原裝進口高速渦流驅動大容量開關與深度限流電抗器并聯(lián)的一體化設計，具有運行時無電能損耗，無壓降；短路時投入高阻抗快速；短路故障切除后能自動恢復等優(yōu)點。這一點也是大容量快速開斷裝置并聯(lián)電抗器所無法達到的，從而省卻了很多設備維護更新的花費。

6　結語

該裝置在集團電廠的應用實例中得到證實，此方案實施后運行安全穩(wěn)定可靠；節(jié)能效果明顯，二年多收回成本，且裝置節(jié)能效果能持續(xù)有效；系統(tǒng)簡單，穩(wěn)定可靠性好，可長時間運行，操作方便，維護量小。

[1]程艷兵，汪志鵬，祁福.零損耗深度限流裝置的優(yōu)化與運用[J].銅業(yè)工程，2012（4）：41-44.

[2]鄔自健，唐剴.阻流電抗器與可恢復式大容量高速開關裝置的組合應用[J].江西冶金，2014（5）：35-37.

（責任編輯楊荔晴）

Application of Zero Loss Depth Limiting Device in Power Plant System

GONG Zhi-jian
(Jiangsu Meilan Thermal Power Co.,Ltd.,Taizhou Jiangsu 225300,China)

In order to reduce the power loss in the normal operation of the reactor,production cost and insure the safe operation,rehabilitation is carried out for 10KV factory using depth limiting device technology,which can greatly reduce power consumption.This device can achieve zero loss of the reactor,play the role in the current limit and ensure the safety of the 10KV plant bus operation.

zero loss;depth limiting device;primary electrical system;energy conservation

TM471

A

1671-0142（2016）02-0053-04

宮志堅（1968-），女，江蘇泰州人，工程師.