大容量快速開關節能技術研究

摘 要:本文介紹了在發電廠電力系統中，為了限制短路電流而采用串聯電抗器所帶來的問題，重點描述了解決其問題的方案及其優點，并通過工程實踐介紹了大容量高速開關(FSR)在與電抗器并聯中所起的節能作用。

關鍵詞:電抗器FSR大容量高速開關節能

中圖分類號:TM564文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0015-02

1 概述

隨著國家現代化進程的迅猛發展，電力系統的容量不斷增大，短路電流值不斷上升，由于電磁力的作用，最大的瞬時短路電流能在設備上產生很大的機械破壞應力，同時短路電流的交流成份將會對設備產生巨大的熱沖擊，造成不具有足夠額定容量的電氣設備諸如開關柜、電流互感器和電纜等損壞，因此越來越需要開關設備能夠在故障瞬時就發現并以最快的速度切斷短路電流，避免被保護設備及開關本身受到巨大的熱沖擊和電動力作用。

我國現行技術是在斷路器下面串聯限流電抗器，在電網正常運行時，由于在其上有電壓降落以及損耗，對電網的輸電質量有影響。其次，電抗器只能改變電流的峰值而不能改變斷路器開斷短路電流的時間，斷路器要在幾個周波內才能開斷短路電流，短路電路的峰值已經幾次通過短路網絡，對系統網絡及系統內設備造成累積性破壞，經過幾次重大事故，就有可能造成設備的損壞，進而增加運行維護和檢修的成本。

針對以上問題，我們在項目設計之處就與設計院、相關廠家進行技術交流，最終選用了安徽賽普電氣公司生產的大容量快速限流開關與限流電抗器相并聯的方案，既解決了開斷電流時間長的問題，又能解決限流電抗器的熱耗，為公司供電設備穩定運行和節能降耗提供了保障。

2 大容量高速限流開關特點

FSR大容量高速限流開關裝置具有快速性、限流性、可靠性高、容量大的特點，用于電力系統發生短路故障時，及時對電氣設備實施開斷的一種新型快速保護裝置。可以廣泛用于電力系統單相、三相設備，用來快速切除短路故障。它除可以限流開斷，還限制了操作過電壓，全面保護了設備的安全。它有以下主要特點:

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點，避免了正常運行時限流電抗器的熱損耗和電壓波動，提高供電質量。2)可以把截流時間控制在1ms以內，把截斷電流控制在短路電流峰值的10%以下，使得電氣設備及線路不再受短路峰值電流沖擊，從而延長了使用壽命。3)配置大能容的非線性電阻來吸收開斷過程中磁能，開斷容量可不受限制。4)開斷快、截流小，即增大了系統的穩定性和安全性，又可大大降低系統投資。5)開斷過程中無危害性過電壓。6)體積小，選型簡單，安裝、調試方便。

3 組成及原理

FSR大容量高速限流開關裝置主要由大容量爆炸開斷的高速開關串聯小開斷容量的真空開關組合而成。正常的負荷電流及小故障電流由真空開關操作合分通斷，一旦發生短路，大容量高速開關在1mS內動作開斷，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期短路電流峰值的10%左右，對設備的破壞作用大大減小，對設備的動、熱穩定要求可以降低。

爆炸開斷高速隔離器并聯高壓限流熔斷器再并聯高壓高能氧化鋅電阻，由于高速隔離器電阻為微歐級，高壓限流熔斷器電阻為毫歐級，故正常運行情況下，電流幾乎全部流過高速隔離器。當系統發生短路事故時，高速隔離器在幾百微秒的時間內高速斷開;在其開斷的過程中，故障電流轉移到高壓限流熔斷器中，限流熔斷器在0.5ms后迅速熔斷，開斷短路電流。高壓限流熔斷器熔斷時產生的弧壓，使氧化鋅非線性電阻導通吸收電感中儲存的磁能及電源注入的能量，使高壓限流熔斷器順利熄弧。

整個保護裝置包括高壓隔離開關QS，爆炸開斷高速隔離器QSB，高壓限流熔斷器FU，高壓高能氧化鋅電阻RV，高壓真空開關QF，脫扣電流互感器TA，三相組合式限壓器JPT，及測控單元JWK組成，簡稱JFSR，如圖1。

3.1 爆炸開斷高速隔離器QSB

主電流回路限流速斷開關，由爆破橋和抗壓絕緣套筒組成，正常時流過工作電流，短路時爆破橋在接到測控單元發出的分斷信號后0.2ms內從中部斷開，形成隔離斷口，爆破橋原先承受的電流轉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，在橋體斷開后轉移全部短路電流，并在0.5ms內熔斷，把故障電流限制在預期短路電流暫態峰值的10%以內，大幅度減輕大短路電流對發、變電設備的電動力和熱效應沖擊。高壓限流熔斷器產生的弧壓可以通過非線性電阻加以限制。

3.3 高壓高能氧化鋅電阻RV

熔斷器熔斷產生弧壓使其導通，轉移熔斷器中電弧電流，使熔斷器FU可靠熄弧，吸收系統穩定前振蕩能量。并把高壓限流熔斷器開斷時的過電壓限制在安全范圍內。

3.4 脫扣電流互感器TA

專門設計的電流互感器，用于測量通過設備的電流量。

3.5 脫扣單元

提供動作觸發脈沖和爆破點火脈沖，隔離主回路和控制回路。

3.6 測控單元JWK

主回路電流通過脫扣電流互感器TA送至二次電流傳感器，主控單元采樣并計算電流上升率，判斷系統是否發生超出預示大故障水平的值，在大故障水平時送動作信號到脫扣單元。

3.7 真空開關

進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

將過電壓幅值限制在規定值以下，可同時保護相間和相對地絕緣，保護設備絕緣不受過電壓的損害。

3.9 隔離開關QS

便于設備的檢修和器件更換，同時不影響其他設備的正常運行。

4 在公司的應用

在公司將JFSR高速大容量限流開關裝置與限流電抗器并聯。在正常運行時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機啟動時的電壓降。短路時JFSR快速斷開，負荷側斷路器的開斷電流受電抗器限制到允許范圍。此用法的優點:①消除了電抗器巨大的無功損耗。可以節約裝設補償電容器的投資，有利于改善系統的功率因數。②用來防止負荷變動引起的熱損和壓降，提高供電質量。③避免采用高阻抗變壓器，圖2。

節能計算:公司選用限流電抗器單相熱耗為24.2kw共2臺，按每年投入運行330天，電費0.5元計算:

24.2*3*24*330*0.5*2＝57.5萬元

因此采用此項技術，每年可為公司帶來57.5萬元的直接經濟效益，同時也可為公司電氣設備的穩定運行奠定了基礎。