大容量快速開(kāi)關(guān)節(jié)能技術(shù)研究

摘 要:本文介紹了在發(fā)電廠電力系統(tǒng)中，為了限制短路電流而采用串聯(lián)電抗器所帶來(lái)的問(wèn)題，重點(diǎn)描述了解決其問(wèn)題的方案及其優(yōu)點(diǎn)，并通過(guò)工程實(shí)踐介紹了大容量高速開(kāi)關(guān)(FSR)在與電抗器并聯(lián)中所起的節(jié)能作用。

關(guān)鍵詞:電抗器FSR大容量高速開(kāi)關(guān)節(jié)能

中圖分類號(hào):TM564文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)07(b)-0015-02

1 概述

隨著國(guó)家現(xiàn)代化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量不斷增大，短路電流值不斷上升，由于電磁力的作用，最大的瞬時(shí)短路電流能在設(shè)備上產(chǎn)生很大的機(jī)械破壞應(yīng)力，同時(shí)短路電流的交流成份將會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生巨大的熱沖擊，造成不具有足夠額定容量的電氣設(shè)備諸如開(kāi)關(guān)柜、電流互感器和電纜等損壞，因此越來(lái)越需要開(kāi)關(guān)設(shè)備能夠在故障瞬時(shí)就發(fā)現(xiàn)并以最快的速度切斷短路電流，避免被保護(hù)設(shè)備及開(kāi)關(guān)本身受到巨大的熱沖擊和電動(dòng)力作用。

我國(guó)現(xiàn)行技術(shù)是在斷路器下面串聯(lián)限流電抗器，在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由于在其上有電壓降落以及損耗，對(duì)電網(wǎng)的輸電質(zhì)量有影響。其次，電抗器只能改變電流的峰值而不能改變斷路器開(kāi)斷短路電流的時(shí)間，斷路器要在幾個(gè)周波內(nèi)才能開(kāi)斷短路電流，短路電路的峰值已經(jīng)幾次通過(guò)短路網(wǎng)絡(luò)，對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備造成累積性破壞，經(jīng)過(guò)幾次重大事故，就有可能造成設(shè)備的損壞，進(jìn)而增加運(yùn)行維護(hù)和檢修的成本。

針對(duì)以上問(wèn)題，我們?cè)陧?xiàng)目設(shè)計(jì)之處就與設(shè)計(jì)院、相關(guān)廠家進(jìn)行技術(shù)交流，最終選用了安徽賽普電氣公司生產(chǎn)的大容量快速限流開(kāi)關(guān)與限流電抗器相并聯(lián)的方案，既解決了開(kāi)斷電流時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，又能解決限流電抗器的熱耗，為公司供電設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能降耗提供了保障。

2 大容量高速限流開(kāi)關(guān)特點(diǎn)

FSR大容量高速限流開(kāi)關(guān)裝置具有快速性、限流性、可靠性高、容量大的特點(diǎn)，用于電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，及時(shí)對(duì)電氣設(shè)備實(shí)施開(kāi)斷的一種新型快速保護(hù)裝置。可以廣泛用于電力系統(tǒng)單相、三相設(shè)備，用來(lái)快速切除短路故障。它除可以限流開(kāi)斷，還限制了操作過(guò)電壓，全面保護(hù)了設(shè)備的安全。它有以下主要特點(diǎn):

1)具有斷路器加限流電抗器所完全不具有的快速性加限流性的優(yōu)點(diǎn)，避免了正常運(yùn)行時(shí)限流電抗器的熱損耗和電壓波動(dòng)，提高供電質(zhì)量。2)可以把截流時(shí)間控制在1ms以內(nèi)，把截?cái)嚯娏骺刂圃诙搪冯娏鞣逯档?0%以下，使得電氣設(shè)備及線路不再受短路峰值電流沖擊，從而延長(zhǎng)了使用壽命。3)配置大能容的非線性電阻來(lái)吸收開(kāi)斷過(guò)程中磁能，開(kāi)斷容量可不受限制。4)開(kāi)斷快、截流小，即增大了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，又可大大降低系統(tǒng)投資。5)開(kāi)斷過(guò)程中無(wú)危害性過(guò)電壓。6)體積小，選型簡(jiǎn)單，安裝、調(diào)試方便。

3 組成及原理

FSR大容量高速限流開(kāi)關(guān)裝置主要由大容量爆炸開(kāi)斷的高速開(kāi)關(guān)串聯(lián)小開(kāi)斷容量的真空開(kāi)關(guān)組合而成。正常的負(fù)荷電流及小故障電流由真空開(kāi)關(guān)操作合分通斷，一旦發(fā)生短路，大容量高速開(kāi)關(guān)在1mS內(nèi)動(dòng)作開(kāi)斷，快速切斷短路電流。短路電流尚未上升就被切斷，其幅值可被限制到小于預(yù)期短路電流峰值的10%左右，對(duì)設(shè)備的破壞作用大大減小，對(duì)設(shè)備的動(dòng)、熱穩(wěn)定要求可以降低。

爆炸開(kāi)斷高速隔離器并聯(lián)高壓限流熔斷器再并聯(lián)高壓高能氧化鋅電阻，由于高速隔離器電阻為微歐級(jí)，高壓限流熔斷器電阻為毫歐級(jí)，故正常運(yùn)行情況下，電流幾乎全部流過(guò)高速隔離器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路事故時(shí)，高速隔離器在幾百微秒的時(shí)間內(nèi)高速斷開(kāi);在其開(kāi)斷的過(guò)程中，故障電流轉(zhuǎn)移到高壓限流熔斷器中，限流熔斷器在0.5ms后迅速熔斷，開(kāi)斷短路電流。高壓限流熔斷器熔斷時(shí)產(chǎn)生的弧壓，使氧化鋅非線性電阻導(dǎo)通吸收電感中儲(chǔ)存的磁能及電源注入的能量，使高壓限流熔斷器順利熄弧。

整個(gè)保護(hù)裝置包括高壓隔離開(kāi)關(guān)QS，爆炸開(kāi)斷高速隔離器QSB，高壓限流熔斷器FU，高壓高能氧化鋅電阻RV，高壓真空開(kāi)關(guān)QF，脫扣電流互感器TA，三相組合式限壓器JPT，及測(cè)控單元JWK組成，簡(jiǎn)稱JFSR，如圖1。

3.1 爆炸開(kāi)斷高速隔離器QSB

主電流回路限流速斷開(kāi)關(guān)，由爆破橋和抗壓絕緣套筒組成，正常時(shí)流過(guò)工作電流，短路時(shí)爆破橋在接到測(cè)控單元發(fā)出的分?jǐn)嘈盘?hào)后0.2ms內(nèi)從中部斷開(kāi)，形成隔離斷口，爆破橋原先承受的電流轉(zhuǎn)移至高壓限流熔斷器。

3.2 高壓限流熔斷器FU

爆破橋體的滅弧單元，在橋體斷開(kāi)后轉(zhuǎn)移全部短路電流，并在0.5ms內(nèi)熔斷，把故障電流限制在預(yù)期短路電流暫態(tài)峰值的10%以內(nèi)，大幅度減輕大短路電流對(duì)發(fā)、變電設(shè)備的電動(dòng)力和熱效應(yīng)沖擊。高壓限流熔斷器產(chǎn)生的弧壓可以通過(guò)非線性電阻加以限制。

3.3 高壓高能氧化鋅電阻RV

熔斷器熔斷產(chǎn)生弧壓使其導(dǎo)通，轉(zhuǎn)移熔斷器中電弧電流，使熔斷器FU可靠熄弧，吸收系統(tǒng)穩(wěn)定前振蕩能量。并把高壓限流熔斷器開(kāi)斷時(shí)的過(guò)電壓限制在安全范圍內(nèi)。

3.4 脫扣電流互感器TA

專門(mén)設(shè)計(jì)的電流互感器，用于測(cè)量通過(guò)設(shè)備的電流量。

3.5 脫扣單元

提供動(dòng)作觸發(fā)脈沖和爆破點(diǎn)火脈沖，隔離主回路和控制回路。

3.6 測(cè)控單元JWK

主回路電流通過(guò)脫扣電流互感器TA送至二次電流傳感器，主控單元采樣并計(jì)算電流上升率，判斷系統(tǒng)是否發(fā)生超出預(yù)示大故障水平的值，在大故障水平時(shí)送動(dòng)作信號(hào)到脫扣單元。

3.7 真空開(kāi)關(guān)

進(jìn)行正常的分合閘操作和小故障電流的切除。

3.8 三相組合式限壓器JPT

將過(guò)電壓幅值限制在規(guī)定值以下，可同時(shí)保護(hù)相間和相對(duì)地絕緣，保護(hù)設(shè)備絕緣不受過(guò)電壓的損害。

3.9 隔離開(kāi)關(guān)QS

便于設(shè)備的檢修和器件更換，同時(shí)不影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

4 在公司的應(yīng)用

在公司將JFSR高速大容量限流開(kāi)關(guān)裝置與限流電抗器并聯(lián)。在正常運(yùn)行時(shí)JFSR將電抗器短接，避免了電抗器巨大的電能損耗和大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓降。短路時(shí)JFSR快速斷開(kāi)，負(fù)荷側(cè)斷路器的開(kāi)斷電流受電抗器限制到允許范圍。此用法的優(yōu)點(diǎn):①消除了電抗器巨大的無(wú)功損耗。可以節(jié)約裝設(shè)補(bǔ)償電容器的投資，有利于改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。②用來(lái)防止負(fù)荷變動(dòng)引起的熱損和壓降，提高供電質(zhì)量。③避免采用高阻抗變壓器，圖2。

節(jié)能計(jì)算:公司選用限流電抗器單相熱耗為24.2kw共2臺(tái)，按每年投入運(yùn)行330天，電費(fèi)0.5元計(jì)算:

24.2*3*24*330*0.5*2＝57.5萬(wàn)元

因此采用此項(xiàng)技術(shù)，每年可為公司帶來(lái)57.5萬(wàn)元的直接經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也可為公司電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。