KSTY水電站中高壓限流組合裝置的應(yīng)用

2018-03-31 07:41:00楊異希

水電站機電技術(shù) 2018年3期

楊異希

（新疆水利水電勘測設(shè)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(tǒng)，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(fā)任務(wù)是水力發(fā)電，向地區(qū)電網(wǎng)提供電力電量，以滿足經(jīng)濟社會的發(fā)展需求。

2　廠用電分支設(shè)計方案的確定

當(dāng)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(cè)宜裝設(shè)斷路器或者其他有效措施。作者在對KSTY電站的廠用電系統(tǒng)進行了細化設(shè)計并查閱相關(guān)材料后得出為達到限制短路電流的目的設(shè)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(jié)合本工程實際情況進行相關(guān)計算和對比之后得出以下結(jié)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(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層，且需裝設(shè)安全防護欄，區(qū)域位于中控室下方，由于該設(shè)備運行時產(chǎn)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(dāng)廠變高壓側(cè)發(fā)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(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，起到負荷開關(guān)的作用，且比負荷開關(guān)更便于遠方控制，由于該方案具有明顯的技術(shù)與經(jīng)濟優(yōu)勢，目前在國內(nèi)大中型水電站工程中得到廣泛的應(yīng)用。

經(jīng)過論證后決定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，對該方案的應(yīng)用加以詳細介紹。

由電站短路電流計算的結(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，由系統(tǒng)側(cè)提供的短路電流為IO=33.54 kA，由發(fā)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(fā)生三相短路的時候，短路電流的最高值可達59.98 kA，這一數(shù)值遠遠大于普通的廠用變壓器及開關(guān)設(shè)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(shè)備其價格已高出發(fā)電機斷路器，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(xiàn)快速滅弧以限制過電壓。不僅實現(xiàn)了限流性及快速性，而且實現(xiàn)了與真空斷路器的聯(lián)合保護。

圖1　一次系統(tǒng)接線圖

3　高壓限流組合保護裝置的參數(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，熔斷器的熔斷時間應(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)短路時的后備保護。

由此得出，高壓隔離開關(guān)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(jīng)過理論計算和實踐證實，F(xiàn)UR組合保護裝置有其很大的優(yōu)越性，并已在KSTY水電站廠用電系統(tǒng)中成功運用，在該電站的運行過程中，它不但減少了設(shè)備的誤動率，而且有效的保護了主要電氣設(shè)備，提高了電站的經(jīng)濟效益。但在選用該設(shè)備時，應(yīng)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(guān)的選擇，不論選擇哪種設(shè)備，均應(yīng)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(zhuǎn)移，降低了操作過電壓，有效地保護了主要電氣設(shè)備免受過電壓的沖擊，但在選型時應(yīng)對其殘壓水平與電氣設(shè)備的沖擊耐壓水平進行比較和校驗。