基于快速斷路器的故障限流器在220kV系統(tǒng)中的運(yùn)用

薄肖飛 劉義斌

摘? ?要：使用限流電抗器限制短路電流是目前發(fā)供電系統(tǒng)中的常見做法，但安裝限流電抗器會(huì)有一定有功損耗，并吸收發(fā)電機(jī)無(wú)功，使得電廠的電壓無(wú)功指標(biāo)達(dá)不到電網(wǎng)要求。國(guó)泰新華電廠安裝了220kV快速斷路器與限流電抗器并聯(lián)，正常運(yùn)行時(shí)快速斷路器將限流電抗器旁路，經(jīng)驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，在發(fā)生電網(wǎng)短路故障時(shí)可以確保繼電保護(hù)和一次設(shè)備可靠工作。

關(guān)鍵詞：故障限流? 快速斷路器? 短路電流限制

中圖分類號(hào)：TM561? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）12（a）-0044-03

近年來(lái)，隨著電力建設(shè)的不斷發(fā)展，發(fā)電機(jī)的容量單機(jī)容量不斷增加，低阻抗變壓器的大量應(yīng)用，使得系統(tǒng)短路電流水平越來(lái)越高。為了限制短路電流，在系統(tǒng)中串聯(lián)限流電抗器成為常見做法。例如國(guó)泰新華電廠采用的220kV斷路器為常規(guī)的液壓蝶簧式SF6斷路器，額定短路開斷電流為63kA，短路電流計(jì)算值接近該值，為了限制短路電流保證斷路器能可靠分?jǐn)啵戎髯兒?20kV母線之間就串聯(lián)了一個(gè)型號(hào)為XKK-220-1500-12，額定阻抗10Ω的電抗器。但這樣又帶來(lái)新的問(wèn)題：

（1）正常運(yùn)行時(shí)限流電抗器本身會(huì)有一定的損耗，長(zhǎng)久積累也是一筆不小的費(fèi)用。

（2）電網(wǎng)對(duì)電廠電壓和無(wú)功都有一定要求，加裝電抗器后吸收大量無(wú)功，國(guó)泰新華電廠為自備性質(zhì)，為滿足系統(tǒng)電壓無(wú)功要求，用電側(cè)要大量配置電容器組等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。

1? 改進(jìn)措施和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

1.1 增加快速斷路器

為了降低以上問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)造成的影響，國(guó)泰新華電廠進(jìn)行了技改，在220kV側(cè)加裝了一套南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的快速斷路器，該套斷路器為模塊化設(shè)計(jì)，由四個(gè)單相斷路器串聯(lián)在一起構(gòu)成，整體安裝在室外的鋼支架上。快速斷路器的滅弧室為真空滅弧室，操作機(jī)構(gòu)采用渦流驅(qū)動(dòng)電磁斥力操作機(jī)構(gòu)。電磁斥力操作機(jī)構(gòu)主要由斥力線圈、斥力盤以及連桿組成，當(dāng)斥力線圈上流過(guò)一定幅值的脈沖電流時(shí)，斥力盤將產(chǎn)生感應(yīng)渦流，感應(yīng)渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與線圈脈沖電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，從而在盤和線圈之間產(chǎn)生斥力，推動(dòng)斥力盤運(yùn)動(dòng)，斥力盤與真空滅弧室的動(dòng)觸頭連接，盤的運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)了動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)，完成快速分閘。由于采用了此種操作機(jī)構(gòu)，快速斷路器的動(dòng)作速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于220kV普遍采用的液壓蝶簧操作機(jī)構(gòu)的斷路器，其額定分閘時(shí)間僅為5ms，額定合閘時(shí)間為20ms快速斷路器與原有的限流電抗器并聯(lián)，形成無(wú)損耗故障限流裝置，該裝置在正常運(yùn)行時(shí)不需要任何操作，基本實(shí)現(xiàn)零操作零維護(hù)。

1.2 快速斷路器對(duì)系統(tǒng)的影響分析

在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，快速斷路器處于合閘狀態(tài)，將限流電抗器旁路，運(yùn)行電流從主變經(jīng)快速斷路器流入電網(wǎng)，故只有極小的線路損耗。快速斷路器的控制裝置對(duì)線路電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到線路發(fā)生短路故障時(shí)，經(jīng)過(guò)故障檢測(cè)時(shí)間發(fā)出斷路器自動(dòng)分閘命令，經(jīng)過(guò)固有分閘時(shí)間和燃弧時(shí)間后，快速斷路器在短路電流過(guò)零點(diǎn)開斷，將限流電抗器串入線路，增加系統(tǒng)阻抗，保證線路斷路器能可靠動(dòng)作。控制裝置是基于線路電流瞬時(shí)值進(jìn)行故障信號(hào)檢測(cè)的，當(dāng)任一相故障量的絕對(duì)值大于相應(yīng)保護(hù)定值時(shí)，該裝置都會(huì)發(fā)出自動(dòng)分閘信號(hào)控制斷路器分閘。

線路斷路器切除線路短路故障后，三相線路電流在故障發(fā)生一定時(shí)間后降低到正常運(yùn)行水平或者母線電壓恢復(fù)到正常水平后，快速斷路器的控制裝置判斷符合重合閘條件，裝置將控制斷路器自動(dòng)合閘，將限流電抗器旁路，恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

該快速斷路器安裝較為便利，國(guó)泰新華電廠安裝的兩臺(tái)快速斷路器均利用機(jī)組計(jì)劃?rùn)z修期間完成，土建、安裝、調(diào)試、試驗(yàn)時(shí)間加一起約30～40d，隨發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)后投入運(yùn)行。

2? 實(shí)際動(dòng)作情況分析

2.1 實(shí)際動(dòng)作的報(bào)文和波形

2019年8月29日6時(shí)17分，電網(wǎng)發(fā)生一起短路故障，下圖摘錄的故障瞬間變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)部分SOE報(bào)文見表1。

從動(dòng)作報(bào)文來(lái)看，2019年8月29日6時(shí)17分29秒快速開關(guān)自動(dòng)分閘，投入限流電抗器，17分34秒快速開關(guān)自動(dòng)重合，恢復(fù)到零阻抗?fàn)顟B(tài)，動(dòng)作期間站內(nèi)未見異常。

故障錄波捕捉到的故障波形文件見圖1。

2.2 動(dòng)作情況分析

從波形文件可以看出，故障瞬間電流幅值達(dá)到2950A超過(guò)動(dòng)作定值，快速開關(guān)自動(dòng)分閘。根據(jù)快速開關(guān)三相電流波形可以看出，從檢測(cè)到故障電流到三相開關(guān)完全過(guò)零開斷時(shí)間分別為4.7ms、6.4ms、7.6ms，即經(jīng)過(guò)短路電流大半波之后限流電抗器即投入系統(tǒng)，限流前后線路電流幅值從2950A降至2400A。50ms后，故障線路相關(guān)繼電保護(hù)和斷路器動(dòng)作切除故障，線路電流降低。期間供電系統(tǒng)相關(guān)發(fā)電機(jī)、主變壓器及繼電保護(hù)裝置均正常工作，未引起任何保護(hù)誤動(dòng)作和發(fā)電機(jī)不正常工作。

3? 結(jié)語(yǔ)

使用限流電抗器與快速斷路器并聯(lián)的裝置組合，在正常運(yùn)行時(shí)可將限流電抗器的損耗忽略不計(jì)，在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，線路斷路器動(dòng)作前快速斷路器迅速分開，將限流電抗器串入系統(tǒng)，達(dá)到限制短路電流的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 艾紹貴，馬奎，吳旭濤，等.快速真空斷路器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電工電氣，2016（5）：1-5.

[2] 陳水明，王威，楊鵬程.限流電抗器對(duì)輸電線路工頻過(guò)電壓的影響[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（3）：193-196.

[3] 南京南瑞繼保電氣有限公司.PCS-9517故障限流器（FCL）系統(tǒng)說(shuō)明書[Z].2018.