爆破式限流熔斷器在蘇丹電廠的應(yīng)用與研究

范君龍， 陳懷宇

(核工業(yè)第二研究設(shè)計(jì)院，北京 100840)

0 引言

中國設(shè)計(jì)完成的蘇丹煉油廠工程是蘇丹當(dāng)時(shí)前五名的國家支柱型企業(yè)，由于該項(xiàng)目自建成后效益好、運(yùn)行水平高，極大增強(qiáng)了蘇丹與中國的友好關(guān)系。但是由于蘇丹132kV國家電網(wǎng)基礎(chǔ)薄弱，停電概率較大，使得蘇丹煉油廠運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及總體效益受到了極大制約。基于當(dāng)時(shí)的現(xiàn)狀，筆者所在單位應(yīng)邀負(fù)責(zé)蘇丹煉油廠燃油自備電廠(后統(tǒng)稱“自備電廠一期”)的設(shè)計(jì)。自備電廠裝機(jī)容量為3×12 000kW+1×6 000kW，與132kV電網(wǎng)相連，共同為煉油廠服務(wù)，自建好投入使用后，解決了經(jīng)常停電的問題，效益大增，業(yè)主反饋良好。

然而，隨著煉油廠產(chǎn)能和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，蘇丹國家電網(wǎng)的發(fā)展仍原地踏步，導(dǎo)致自備電廠的容量已不能滿足煉油廠生產(chǎn)需求。因此筆者所在單位再次應(yīng)邀負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)第二個(gè)自備電廠(即二期工程)。二期工程裝機(jī)容量為2×15 000kW的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組。爆破式限流熔斷器用在一期自備電廠和二期自備電廠之間的并列運(yùn)行上。兩年之后，二期自備電廠投入運(yùn)行，到目前為止運(yùn)行良好。

1 電廠的設(shè)計(jì)及難點(diǎn)

1.1 電廠的設(shè)計(jì)

圖1左側(cè)虛線框內(nèi)為一期自備電廠，其接線方式為3×12 000kW+1×6 000kW的6kV發(fā)電機(jī)組，通過2臺(tái)主變與132kV國家電網(wǎng)連接。圖1左下方工作母線6kV-I和6kV-II為煉油廠主要用電負(fù)荷。

圖1右側(cè)虛線框內(nèi)為二期自備電廠，其電網(wǎng)構(gòu)架設(shè)計(jì)為2×15 000kW，額定電壓為6kV的發(fā)電機(jī)組。初步設(shè)計(jì)完成時(shí)將一部分煉油廠的新負(fù)荷由二期自備電廠供電。一期電廠、二期電廠分列(獨(dú)立)運(yùn)行，這也是傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法和運(yùn)行方式。

1.2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

二期電廠初步設(shè)計(jì)后的審批過程中，蘇丹業(yè)主方面提出基于煉油廠的統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一運(yùn)行的管理模式，希望一期、二期自備電廠能夠并列(連接)運(yùn)行。

圖1 電廠設(shè)計(jì)圖

作為設(shè)計(jì)方，筆者所在單位認(rèn)為：一期電廠6kV短路電流為24kA，選用31.5kA分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲?，開關(guān)柜約為100臺(tái)；二期電廠6kV處短路電流計(jì)算結(jié)果為21kA，選用分?jǐn)嗄芰?1.5kA斷路器，開關(guān)柜約為80臺(tái)。如果2個(gè)電廠在6kV處連接運(yùn)行，短路電流將達(dá)到45kA，超出原有一期電廠6kV斷路器分?jǐn)喽搪冯娏髂芰?。如此，則需將一期電廠的6kV開關(guān)柜斷路器全部更換為分?jǐn)嗄芰?0kA的6kV斷路器或增加一些電抗器用于抑制短路電流。另外還會(huì)涉及繼電保護(hù)的大量修改工作，這勢必影響煉油廠的正常運(yùn)行和生產(chǎn)。

但是，蘇丹方面依然希望設(shè)計(jì)方盡全力滿足要求，盡快給出相應(yīng)的解決方案，并承諾將全力配合、支持設(shè)計(jì)方對此難題的解決。

2 解決方案

在符合設(shè)計(jì)規(guī)范并保證功能實(shí)現(xiàn)的前提下,設(shè)計(jì)方為盡量滿足業(yè)主需求,首先考慮了A、B兩種解決方案。

2.1 方案A：更換開關(guān)柜

將一期自備電廠的6kV、31.5kA斷路器全部更換為分?jǐn)嗄芰Ω叩?0kA開關(guān)柜斷路器(二期自備電廠也將選為50kA分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲?。

該方案優(yōu)點(diǎn)：(1)50kA斷路器分?jǐn)嗄芰蓾M足業(yè)主的兩個(gè)電廠連接運(yùn)行要求；(2)設(shè)計(jì)改動(dòng)相對較小。

此方案存在問題：(1)100臺(tái)左右的開關(guān)柜均需更換，增加了巨大的額外投資；(2)二次側(cè)，繼電保護(hù)修改量大；(3)在更換期間，煉油廠需要停產(chǎn)相當(dāng)長的一段時(shí)間，經(jīng)濟(jì)損失巨大。

2.2 方案B：加裝串聯(lián)電抗器

在一期自備電廠所有6kV母線前加裝串聯(lián)電抗器，以限制新增的短路電流。

此方案優(yōu)點(diǎn)：(1)加裝串聯(lián)電抗，能限制短路電流，可滿足業(yè)主兩個(gè)連接運(yùn)行的要求；(2)電抗器設(shè)備價(jià)格便宜，相對方案A節(jié)省大批資金。

此方案存在問題：(1)需要核對6kV各配電室是否具備安裝新增電抗器的條件，改造工作量大；(2)雖然電抗器投資很小，但是長期串聯(lián)使用，降低了電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；(3)在安裝電抗器期間，煉油廠也需要停產(chǎn)一段時(shí)間，但時(shí)間比更換全部開關(guān)柜要少。

在考慮上述兩種方案的同時(shí)，又經(jīng)過一個(gè)月的調(diào)研、查找文獻(xiàn)，以及與中石油及蘇丹業(yè)主的不斷溝通，作為設(shè)計(jì)方，筆者所在單位經(jīng)過多次考察和試驗(yàn)，選定了一款I(lǐng)s-limiter爆破式限流熔斷器，最終設(shè)計(jì)得出方案C。

2.3 方案C：加裝爆破式限流熔斷器

在一期自備電廠與二期自備電廠之間的6kV廠用電處，加裝爆破式限流熔斷器，使得正常情況下，兩個(gè)電廠能夠滿足連接運(yùn)行要求，這也是蘇丹二期電廠設(shè)計(jì)采用的最終方案。

此方案(參見圖1的點(diǎn)劃線區(qū)域)解決了擴(kuò)建中短路電流增大帶來的難題，節(jié)約了大量投資，且第一電廠和第二電廠均不用修改。

3 爆破式限流熔斷器

3.1 工作原理

工程中的6kV母線接在“爆破式限流熔斷器”(剖面圖參見圖2)的主回路上，主回路通過雷管橋聯(lián)通。正常工作時(shí)大部分負(fù)荷電流從主回路流過，熔斷器似一個(gè)旁路裝置，僅流過部分負(fù)荷電流；一旦主回路某一側(cè)發(fā)生短路故障，主回路中的信號(hào)鑒別裝置探測到短路電流到來，在其還處于上升初始階段時(shí)，立刻點(diǎn)燃雷管將雷管橋炸開，這時(shí)短路電流僅能從熔斷器回路流過，此時(shí)限流熔斷器發(fā)揮限流作用，不等短路電流達(dá)到峰值就已經(jīng)熔斷，從而起到隔離短路電流，保護(hù)電廠安全運(yùn)行的目的。爆破式限流熔斷器的關(guān)鍵技術(shù)在于：

圖2 Is-limiter限流器主件剖面圖

(1)主回路信號(hào)，鑒別裝置可在極短的時(shí)間內(nèi)依據(jù)所在短路電流第一個(gè)周波的上升陡度進(jìn)行計(jì)算，從而判斷出即將到來的短路電流峰值為多少，一旦判斷短路電流預(yù)期峰值超過設(shè)定值，則迅速反應(yīng)，命令炸開主回路。

(2)鑒別裝置發(fā)現(xiàn)短路電流第一個(gè)周波上升陡度超過設(shè)定值→命令炸開主回路→熔斷器旁路熔斷→一、二期電廠電網(wǎng)解列，整個(gè)瞬態(tài)過程在5ms內(nèi)完成。

(3)爆炸過程都是在爆破式熔斷器柜的金屬盒內(nèi)完成。兩個(gè)電廠分開運(yùn)行后，對爆破式限流熔斷器的更換工作，只需10min即可完成(也就是說10min后兩個(gè)自備電廠即可重新恢復(fù)到并列運(yùn)行狀態(tài))。

3.2 安裝

一期、二期自備電廠的6kV母線連接處，增加爆破式限流熔斷器柜，用來連接電廠間III段母線和IV段母線的A、B、C三相。爆破式限流熔斷器柜安裝在6kV配電裝置室內(nèi)。

4 結(jié)束語