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有一定有功損耗，并吸收發(fā)電機(jī)無功，使得電廠的電壓無功指標(biāo)達(dá)不到電網(wǎng)要求。國泰新華電廠安裝了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：TM561? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0044-03

近年來，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)了一個型號為XKK-220-1500-12，額定阻抗10Ω的電抗器。但這樣又帶來新的問題：

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

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

1? 改進(jìn)措施和現(xiàn)場實(shí)施

1.1 增加快速斷路器

為了降低以上問題對系統(tǒng)造成的影響，國泰新華電廠進(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，由四個單相斷路器串聯(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)斥力線圈上流過一定幅值的脈沖電流時，斥力盤將產(chǎn)生感應(yīng)渦流，感應(yīng)渦流產(chǎn)生的磁場方向與線圈脈沖電流產(chǎn)生的磁場方向相反，從而在盤和線圈之間產(chǎn)生斥力，推動斥力盤運(yùn)動，斥力盤與真空滅弧室的動觸頭連接，盤的運(yùn)動從而帶動了動觸頭運(yùn)動，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，其額定分閘時間僅為5ms，額定合閘時間為20ms快速斷路器與原有的限流電抗器并聯(lián)，形成無損耗故障限流裝置，該裝置在正常運(yùn)行時不需要任何操作，基本實(shí)現(xiàn)零操作零維護(hù)。

1.2 快速斷路器對系統(tǒng)的影響分析

在電網(wǎng)正常運(yùn)行時，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線路電流進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到線路發(fā)生短路故障時，經(jīng)過故障檢測時間發(fā)出斷路器自動分閘命令，經(jīng)過固有分閘時間和燃弧時間后，快速斷路器在短路電流過零點(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作。控制裝置是基于線路電流瞬時值進(jìn)行故障信號檢測的，當(dāng)任一相故障量的絕對值大于相應(yīng)保護(hù)定值時，該裝置都會發(fā)出自動分閘信號控制斷路器分閘。

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)場實(shí)施

該快速斷路器安裝較為便利，國泰新華電廠安裝的兩臺快速斷路器均利用機(jī)組計劃檢修期間完成，土建、安裝、調(diào)試、試驗(yàn)時間加一起約30～40d，隨發(fā)電機(jī)組啟動后投入運(yùn)行。

2? 實(shí)際動作情況分析

2.1 實(shí)際動作的報文和波形

2019年8月29日6時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化系統(tǒng)部分SOE報文見表1。

從動作報文來看，2019年8月29日6時17分29秒快速開關(guān)自動分閘，投入限流電抗器，17分34秒快速開關(guān)自動重合，恢復(fù)到零阻抗?fàn)顟B(tài)，動作期間站內(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超過動作定值，快速開關(guān)自動分閘。根據(jù)快速開關(guān)三相電流波形可以看出，從檢測到故障電流到三相開關(guān)完全過零開斷時間分別為4.7ms、6.4ms、7.6ms，即經(jīng)過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)誤動作和發(fā)電機(jī)不正常工作。

3? 結(jié)語

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)行時可將限流電抗器的損耗忽略不計，在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，線路斷路器動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)

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