KSTY水電站中高壓限流組合裝置的應用

2018-03-31 07:41:00楊異希

水電站機電技術 2018年3期

楊異希

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊 830000）

1　電站概況

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

KSTY水電站以220kV一級電壓接入系統，220kV出線4回，1回接上游梯級水電站，2回接入縣城220 kV變電站，距水電站約15 km，1回備用。水電站工程開發任務是水力發電，向地區電網提供電力電量，以滿足經濟社會的發展需求。

2　廠用電分支設計方案的確定

當廠用電分支未采用離相封閉母線時，為了限制短路電流，廠用電變壓器高壓側宜裝設斷路器或者其他有效措施。作者在對KSTY電站的廠用電系統進行了細化設計并查閱相關材料后得出為達到限制短路電流的目的設計者多采用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。對以上3種方案作者結合本工程實際情況進行相關計算和對比之后得出以下結論：

方案1中由于受開斷電流的影響，對于大中型機組需要采用專用的真空斷路器，但是專用真空斷路器造價偏高，大大提高了設備的成本。

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，結合本電站廠房布置形式后得出該設備只能布置在副廠房水輪機層，且需裝設安全防護欄，區域位于中控室下方，由于該設備運行時產生的噪音大，對運行人員干擾較大。

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元件，當廠變高壓側發生短路故障時，可以快速熔斷，可快速切除故障且限制短路電流，使得其后的電氣設備均可選用輕型電氣產品，所配置真空斷路器僅作為操作元件，起到負荷開關的作用，且比負荷開關更便于遠方控制，由于該方案具有明顯的技術與經濟優勢，目前在國內大中型水電站工程中得到廣泛的應用。

經過論證后決定KSTY水電站廠用電分支處采用方案3，裝設限流熔斷器和真空斷路器組合。下面結合KSTY水電站工程具體設計，對該方案的應用加以詳細介紹。

由電站短路電流計算的結果得知，在圖1中當廠用分支高壓側d0發生三相短路故障時，由系統側提供的短路電流為IO=33.54 kA，由發電機提供的短路電流有效值為I1=11.93 kA，總計三相電流有效值為I=59.98 kA。

由此可知，如果廠用電分支發生三相短路的時候，短路電流的最高值可達59.98 kA，這一數值遠遠大于普通的廠用變壓器及開關設備的額定短時耐受電流值，超出了其承受能力范圍，如果選用大容量設備其價格已高出發電機斷路器，且廠用變壓器需提出超常規的技術參數要求，費用增加較高。

高壓限流組合裝置（圖1中虛框內設備）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。短路電流較大時快速熔斷器熔斷，一般的過載電流由斷路器動作，利用高能氧化鋅電阻實現快速滅弧以限制過電壓。不僅實現了限流性及快速性，而且實現了與真空斷路器的聯合保護。

圖1　一次系統接線圖

3　高壓限流組合保護裝置的參數選擇

首先應該考慮的是高壓限流熔斷器的額定電流，而且廠用變應考慮5%的容差，允許過載1.25倍。按照相關規范要求，當廠用變低壓側發生故障時，熔斷器的熔斷時間應大于等于1 s，以保證廠用變壓器低壓側回路有選擇地跳開廠用變壓器低壓側斷路器，熔斷器僅作為廠用變壓器低壓側短路時的后備保護。

由此得出，高壓隔離開關QS型號為：GN22-10-1250A，檢修方便且安全；真空斷路器QF型號為：3AH2-1250-25kA；過電壓保護器型號為：MT-FGB-10Z；高壓限流組合保護裝置的最大開斷電流值為63 kA。

4　高壓限流組合保護裝置的特點

經過理論計算和實踐證實，FUR組合保護裝置有其很大的優越性，并已在KSTY水電站廠用電系統中成功運用，在該電站的運行過程中，它不但減少了設備的誤動率，而且有效的保護了主要電氣設備，提高了電站的經濟效益。但在選用該設備時，應多方案比較，綜合考慮和計算，既要保證電站的安全性，又要保證動作的可靠性和選擇性，它不同于一般熔斷器或負荷開關的選擇，不論選擇哪種設備，均應充分考慮熔斷時間與下級斷路器在動作時間上的配合。由于高能氧化鋅電阻的能量轉移，降低了操作過電壓，有效地保護了主要電氣設備免受過電壓的沖擊，但在選型時應對其殘壓水平與電氣設備的沖擊耐壓水平進行比較和校驗。