KSTY水電站中高壓限流組合裝置的應(yīng)用

楊異希

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1　電站概況

KSTY水電站總裝機(jī)容量為100 MW，裝機(jī)4臺(tái)，分別為2臺(tái)35 MW、2臺(tái)15 MW。

KSTY水電站以220kV一級(jí)電壓接入系統(tǒng)，220kV出線4回，1回接上游梯級(jí)水電站，2回接入縣城220 kV變電站，距水電站約15 km，1回備用。水電站工程開(kāi)發(fā)任務(wù)是水力發(fā)電，向地區(qū)電網(wǎng)提供電力電量，以滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展需求。

2　廠用電分支設(shè)計(jì)方案的確定

當(dāng)廠用電分支未采用離相封閉母線時(shí)，為了限制短路電流，廠用電變壓器高壓側(cè)宜裝設(shè)斷路器或者其他有效措施。作者在對(duì)KSTY電站的廠用電系統(tǒng)進(jìn)行了細(xì)化設(shè)計(jì)并查閱相關(guān)材料后得出為達(dá)到限制短路電流的目的設(shè)計(jì)者多采用3種方案。這3種方案分別為：①在廠用電分支裝斷路器，②在廠用電分支裝限流電抗器和斷路器，③在廠用電分支裝限流熔斷器和真空斷路器。對(duì)以上3種方案作者結(jié)合本工程實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和對(duì)比之后得出以下結(jié)論：

方案1中由于受開(kāi)斷電流的影響，對(duì)于大中型機(jī)組需要采用專(zhuān)用的真空斷路器，但是專(zhuān)用真空斷路器造價(jià)偏高，大大提高了設(shè)備的成本。

方案2增加了一組限流電抗器，而限流電抗器的占地面積比較大，結(jié)合本電站廠房布置形式后得出該設(shè)備只能布置在副廠房水輪機(jī)層，且需裝設(shè)安全防護(hù)欄，區(qū)域位于中控室下方，由于該設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音大，對(duì)運(yùn)行人員干擾較大。

方案3在廠用分支采用限流熔斷器和真空斷路器。限流熔斷器作為保護(hù)元件，當(dāng)廠變高壓側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，可以快速熔斷，可快速切除故障且限制短路電流，使得其后的電氣設(shè)備均可選用輕型電氣產(chǎn)品，所配置真空斷路器僅作為操作元件，起到負(fù)荷開(kāi)關(guān)的作用，且比負(fù)荷開(kāi)關(guān)更便于遠(yuǎn)方控制，由于該方案具有明顯的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，目前在國(guó)內(nèi)大中型水電站工程中得到廣泛的應(yīng)用。

經(jīng)過(guò)論證后決定KSTY水電站廠用電分支處采用方案3，裝設(shè)限流熔斷器和真空斷路器組合。下面結(jié)合KSTY水電站工程具體設(shè)計(jì)，對(duì)該方案的應(yīng)用加以詳細(xì)介紹。

由電站短路電流計(jì)算的結(jié)果得知，在圖1中當(dāng)廠用分支高壓側(cè)d0發(fā)生三相短路故障時(shí)，由系統(tǒng)側(cè)提供的短路電流為IO=33.54 kA，由發(fā)電機(jī)提供的短路電流有效值為I1=11.93 kA，總計(jì)三相電流有效值為I=59.98 kA。

由此可知，如果廠用電分支發(fā)生三相短路的時(shí)候，短路電流的最高值可達(dá)59.98 kA，這一數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通的廠用變壓器及開(kāi)關(guān)設(shè)備的額定短時(shí)耐受電流值，超出了其承受能力范圍，如果選用大容量設(shè)備其價(jià)格已高出發(fā)電機(jī)斷路器，且廠用變壓器需提出超常規(guī)的技術(shù)參數(shù)要求，費(fèi)用增加較高。

高壓限流組合裝置（圖1中虛框內(nèi)設(shè)備）主要由限流熔斷器、高能氧化鋅電阻和真空斷路器3部分組成。短路電流較大時(shí)快速熔斷器熔斷，一般的過(guò)載電流由斷路器動(dòng)作，利用高能氧化鋅電阻實(shí)現(xiàn)快速滅弧以限制過(guò)電壓。不僅實(shí)現(xiàn)了限流性及快速性，而且實(shí)現(xiàn)了與真空斷路器的聯(lián)合保護(hù)。

圖1　一次系統(tǒng)接線圖

3　高壓限流組合保護(hù)裝置的參數(shù)選擇

首先應(yīng)該考慮的是高壓限流熔斷器的額定電流，而且廠用變應(yīng)考慮5%的容差，允許過(guò)載1.25倍。按照相關(guān)規(guī)范要求，當(dāng)廠用變低壓側(cè)發(fā)生故障時(shí)，熔斷器的熔斷時(shí)間應(yīng)大于等于1 s，以保證廠用變壓器低壓側(cè)回路有選擇地跳開(kāi)廠用變壓器低壓側(cè)斷路器，熔斷器僅作為廠用變壓器低壓側(cè)短路時(shí)的后備保護(hù)。

由此得出，高壓隔離開(kāi)關(guān)QS型號(hào)為：GN22-10-1250A，檢修方便且安全；真空斷路器QF型號(hào)為：3AH2-1250-25kA；過(guò)電壓保護(hù)器型號(hào)為：MT-FGB-10Z；高壓限流組合保護(hù)裝置的最大開(kāi)斷電流值為63 kA。

4　高壓限流組合保護(hù)裝置的特點(diǎn)

經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和實(shí)踐證實(shí)，F(xiàn)UR組合保護(hù)裝置有其很大的優(yōu)越性，并已在KSTY水電站廠用電系統(tǒng)中成功運(yùn)用，在該電站的運(yùn)行過(guò)程中，它不但減少了設(shè)備的誤動(dòng)率，而且有效的保護(hù)了主要電氣設(shè)備，提高了電站的經(jīng)濟(jì)效益。但在選用該設(shè)備時(shí)，應(yīng)多方案比較，綜合考慮和計(jì)算，既要保證電站的安全性，又要保證動(dòng)作的可靠性和選擇性，它不同于一般熔斷器或負(fù)荷開(kāi)關(guān)的選擇，不論選擇哪種設(shè)備，均應(yīng)充分考慮熔斷時(shí)間與下級(jí)斷路器在動(dòng)作時(shí)間上的配合。由于高能氧化鋅電阻的能量轉(zhuǎn)移，降低了操作過(guò)電壓，有效地保護(hù)了主要電氣設(shè)備免受過(guò)電壓的沖擊，但在選型時(shí)應(yīng)對(duì)其殘壓水平與電氣設(shè)備的沖擊耐壓水平進(jìn)行比較和校驗(yàn)。

5　結(jié)語(yǔ)

高壓限流組合裝置的快速和限流特性不會(huì)存在機(jī)械誤動(dòng)作的問(wèn)題，不但可靠性高，而且避免了斷路器受到?jīng)_擊，在其動(dòng)作的時(shí)候不會(huì)影響水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)，在提高可靠性的同時(shí)也避免了用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷通武.高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置的應(yīng)用[J].廣西水利水電，2009（3）：52-54.

[2]沈興元.高壓真空接觸器-高壓限流熔斷器組合電器在發(fā)電廠中的應(yīng)用[J].電力設(shè)備，2006（2）：76-79.

[3]能源部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.