造紙企業自備電廠高短路電流抑制措施

作者簡介：，碩士，高級工程師；主要從事發電廠及變電站的電氣工程設計工作。

關鍵詞：造紙廠；短路電流；限流電抗器；快速限流器 中圖分類號：TS78 文獻標識碼：A DOI： 10.11980/j.issn.0254-508X.2025.04.019

Short Circuit Current Suppression Measures for Owned Power Plant in Paper Mill

QIU Jiel：* ZUO Dongyang2 （1.ChinaCECEngineeringCorporation，Changsha，Hu’nanProvince，41l14;2.JiangsuNewPower（Shuyang）ThermalPowerCo， Ltd.，Shuyang， Jiangsu Province，223600） （*E-mail： 415255492@qq.com）

Abstract：This research focused on investigating the issue of excessive short circuit current levels（up to 1 0 k V busbars） for owned power plant in papermill，icdelbereticitympaatilsasudl plesofvariousshtuituentlimitigshemes，witparticularemphasisonevaluatingtirchncalertsndpracticalliatios. Throughsystaicvauatioesdpropodiplemeinahbdattgeatorialssistigofsrisodu rentlimitingreacoodialstutliievicTiteaedapachasmosdceaii andachieve reliablefault protectionunderextremefaultconditionswhileadhering tostandardequipmentwithstandrequirements. Key words：paper mill； short circuit current；current limiting reactor; fast current limiting device

短路電流耐受能力和分斷能力是電氣設備選型的一項重要指標，對電氣設備的造價影響較大，若設置不當，將影響整個電氣系統的穩定運行。因此，高短路電流的抑制措施至關重要，是電氣設計方案的重要內容之一。

隨著國內造紙廠規模的擴大，造紙企業自備電廠的發電機裝機容量也隨之增加，很多電廠選擇自建變電站，將發電機升壓再降壓為造紙車間送電，但這種方式會增加安裝設備空間和投資成本。為降低電能損耗并簡化電氣主接線，很多發電機不采用發變組接線，而是直接接入 1 0 k V 配電母線段，導致 1 0 k V 系統的短路電流大幅度飆升。本課題通過分析某造紙企業自備電廠的實際情況，對高短路電流的抑制提出解決方案，減少項目成本，以期為類似項目提供參考。

1接入系統批復主接線及存在的問題

該電廠配置1臺 7 0 M W 的汽輪發電機，發電機出口電壓為 1 0 . 5 k V ，依據接人系統批復報告，電廠設1 0 k V 發電機母線，發電機接入發電機母線，再通過2臺 3 5 / 1 0 k V 的聯絡變壓器，升壓至 3 5 k V 后接入電網，發電機母線兼作 1 0 k V 配電母線段，給造紙用電負荷供電。依據電網提供的 3 5 k V 短路容量及發電機的技術數據，計算未采取任何限流措施下， 1 0 k V 發電機母線的最大短路電流約 5 4 . 6 k A 。但由于已經投產的造紙車間 1 0 k V 開關柜斷路器額定分斷能力均不超過 4 0 k A ，數量約220臺，需對短路電流進行限制，否則將存在運行風險，無法開斷短路故障的情況。限流前電氣主接線如圖1所示。

2短路電流限制方案

通過短路電流計算過程分析， 1 0 k V 母線短路電流的主要來源是發電機，發電機提供的短路電流約3 9 . 8 3 k A ，要將 1 0 k V 母線短路電流限制在 以下，限制發電機提供的短路電流是唯一的選擇。

2.1發電機出口串接限流電抗器限流方案

串接限流電抗器是目前電力行業內最常用的限流方式，電氣主接線如圖2所示，但是限流電抗器的參數選擇需謹慎，尤其是額定電流和電抗率，將直接影響電抗器的損耗和電壓降。

依據《電力工程設計手冊火力發電廠電氣一次設計》的計算方法對限流電抗器額定電流和限流電抗器短路阻抗進行選擇。

2.1.1 限流電抗器額定電流的選擇

由于電抗器沒有過負荷能力，發電機出口限流電抗器按通過的最大電流來計算，依據發電機廠的技術數據以及實際工況，額定電流根據式（1）進行計算。

式中， 表示額定電流； 表示最大電流；

表示最大功率。

考慮到電抗器的發熱及降容，電抗器額定電流 選擇 6 3 0 0 A 。

2. 1. 2 限流電抗器短路阻抗的選擇

依據將短路電流限制在 4 0 k A 以下的要求，根據式（2）進行電抗率 的計算。

式中， 為限制后的發電機最大提供的短路電流，取 2 5 . 2 3 k A ; 為電抗器的額定電流，取 6 3 0 0 A ： 為電抗標幺值； 為電抗器額定電壓，取 1 0 k V ; 為基準電壓，取 1 0 . 5 k V ； 為基準電流，取 ·短路電流 0

本課題中， 取 10 % 。

由于正常工作情況下電抗器的電壓損失不得大于母線額定電壓的 5 % ，對電抗器的電壓損失進行進一步校核，電抗器的電壓損失（ Δ U ） 按式（3）計算。

= 4 . 5 8 % lt; 5 %

經計算，選擇額定電流 6 3 0 0 A 、電抗率 10 % 銅質電抗器可滿足電壓降 ? 5 % 的 1 0 k V 母線額定電壓值，并將母線的最大短路電流限制在 4 0 k A 以下。

2.2發電機出口串接基于火工爆破技術的快速限流器方案

火工爆破技術的快速限流器是目前國內和國際社會均較認可的限流器，由1個可通過高額定電流、反應極快的開關主導體（快速開斷器）和1個與之并聯的高遮斷容量的限流熔斷器3。正常運行時，負荷電流從主導體（快速開斷器）流過，快速開斷器內設有1個或多個爆破點，當跳閘觸發裝置發出跳閘信號時，這個或這些爆破點迅速爆破切割，將快速開斷器電路在 1 m s 內切斷，從而迫使故障電流流入與之并聯的限流熔斷器，最終切斷發電機回路，限制電路電流在 4 0 k A 以下，如圖3所示。

2.3發電機出口串接零損耗深度限流裝置方案

零損耗深度限流裝置是近年來新興的一種限流裝置，主要由快速真空斷路器、高電抗率限流電抗器、檢測CT、分相控制器等組成。在正常情況下，快速真空斷路器合閘，旁路高電抗率限流電抗器，裝置在零損耗、零壓降的狀態下運行；當發生嚴重的短路故障導致母線短路電流超標，深度限流裝置通過檢測。

CT捕捉到短路故障電流時，由控制器發出指令，斷開快速真空斷路器，投入限流電抗器，實現深度限流，整個投切過程在 2 0 m s 內完成，其內部構造圖如圖4所示。

2.4不同短路電流限制方案的優缺點

不同短路電流限制方案的優缺點如表1所示。

2.5最終短路電流限制方案

基于上述3種限流方案的優缺點分析，零損耗深度限流裝置動作時間較長，不能限制動穩定電流，斷路器等一次元器件仍然要按高短路電流選擇，無法減少成本，不能作為限流的選擇方案。爆炸橋限流器快速限流，但短路故障動作會中斷發電機供電，造成廠內停產。本課題提出了限流電抗器 + 并聯爆炸橋快速限流器的方案，正常情況下，電流通過爆炸橋快速限流器，旁路限流電抗器，減少了電能損失，也沒有電壓降。當故障時，爆炸橋快速限流器動作并投入限流電抗器，既限制了短路電流又保證了發電機繼續供電，電氣主接圖如圖5所示。

3結語

本課題著重分析了不同短路電流限制流方案的原理，并比較了優缺點，提出了限流電抗器 + 并聯爆炸橋快速限流器的方案，結合爆炸橋快速限流器動作快的優點，通過串接限流電抗器解決了快速限流器影響電源持久供電的缺點，保證了系統的穩定和安全，對減少電氣設備投資和經濟運行均有重要意義。

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（責任編輯：楊苗秀）