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摘 要:本文介绍了在发电厂电力系统中,为了限制短路电流而采用串联电抗器所带来的问题,重点描述了解决其问题的方案及其优点,并通过工程实践介绍了大容量高速开关(FSR)在与电抗器并联中所起的节能作用。
关键词:电抗器FSR大容量高速开关节能
中图分类号:TM564 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(b)-0015-02
1 概述
随着国家现代化进程的迅猛发展,电力系统的容量不断增大,短路电流值不断上升,由于电磁力的作用,最大的瞬时短路电流能在设备上产生很大的机械破坏应力,同时短路电流的交流成份将会对设备产生巨大的热冲击,造成不具有足够额定容量的电气设备诸如开关柜、电流互感器和电缆等损坏,因此越来越需要开关设备能够在故障瞬时就发现并以最快的速度切断短路电流,避免被保护设备及开关本身受到巨大的热冲击和电动力作用。
我国现行技术是在断路器下面串联限流电抗器,在电网正常运行时,由于在其上有电压降落以及损耗,对电网的输电质量有影响。其次,电抗器只能改变电流的峰值而不能改变断路器开断短路电流的时间,断路器要在几个周波内才能开断短路电流,短路电路的峰值已经几次通过短路网络,对系统网络及系统内设备造成累积性破坏,经过几次重大事故,就有可能造成设备的损坏,进而增加运行维护和检修的成本。
针对以上问题,我们在项目设计之处就与设计院、相关厂家进行技术交流,最终选用了安徽赛普电气公司生产的大容量快速限流开关与限流电抗器相并联的方案,既解决了开断电流时间长的问题,又能解决限流电抗器的热耗,为公司供电设备稳定运行和节能降耗提供了保障。
2 大容量高速限流开关特点
FSR大容量高速限流开关装置具有快速性、限流性、可靠性高、容量大的特点,用于电力系统发生短路故障时,及时对电气设备实施开断的一种新型快速保护装置。可以广泛用于电力系统单相、三相设备,用来快速切除短路故障。它除可以限流开断,还限制了操作过电压,全面保护了设备的安全。它有以下主要特点:
1)具有断路器加限流电抗器所完全不具有的快速性加限流性的优点,避免了正常运行时限流电抗器的热损耗和电压波动,提高供电质量。2)可以把截流时间控制在1ms以内,把截断电流控制在短路电流峰值的10%以下,使得电气设备及线路不再受短路峰值电流冲击,从而延长了使用寿命。3)配置大能容的非线性电阻来吸收开断过程中磁能,开断容量可不受限制。4)开断快、截流小,即增大了系统的稳定性和安全性,又可大大降低系统投资。5)开断过程中无危害性过电压。6)体积小,选型简单,安装、调试方便。
3 组成及原理
FSR大容量高速限流开关装置主要由大容量爆炸开断的高速开关串联小开断容量的真空开关组合而成。正常的负荷电流及小故障电流由真空开关操作合分通断,一旦发生短路,大容量高速开关在1mS内动作开断,快速切断短路电流。短路电流尚未上升就被切断,其幅值可被限制到小于预期短路电流峰值的10%左右,对设备的破坏作用大大减小,对设备的动、热稳定要求可以降低。
爆炸开断高速隔离器并联高压限流熔断器再并联高压高能氧化锌电阻,由于高速隔离器电阻为微欧级,高压限流熔断器电阻为毫欧级,故正常运行情况下,电流几乎全部流过高速隔离器。当系统发生短路事故时,高速隔离器在几百微秒的时间内高速断开;在其开断的过程中,故障电流转移到高压限流熔断器中,限流熔断器在0.5ms后迅速熔断,开断短路电流。高压限流熔断器熔断时产生的弧压,使氧化锌非线性电阻导通吸收电感中储存的磁能及电源注入的能量,使高压限流熔断器顺利熄弧。
整个保护装置包括高压隔离开关QS,爆炸开断高速隔离器QSB,高压限流熔断器FU,高压高能氧化锌电阻RV,高压真空开关QF,脱扣电流互感器TA,三相组合式限压器JPT,及测控单元JWK组成,简称JFSR,如图1。
3.1 爆炸开断高速隔离器QSB
主电流回路限流速断开关,由爆破桥和抗压绝缘套筒组成,正常时流过工作电流,短路时爆破桥在接到测控单元发出的分断信号后0.2ms内从中部断开,形成隔离断口,爆破桥原先承受的电流转移至高压限流熔断器。
3.2 高压限流熔断器FU
爆破桥体的灭弧单元,在桥体断开后转移全部短路电流,并在0.5ms内熔断,把故障电流限制在预期短路电流暂态峰值的10%以内,大幅度减轻大短路电流对发、变电设备的电动力和热效应冲击。高压限流熔断器产生的弧压可以通过非线性电阻加以限制。
3.3 高压高能氧化锌电阻RV
熔断器熔断产生弧压使其导通,转移熔断器中电弧电流,使熔断器FU可靠熄弧,吸收系统稳定前振荡能量。并把高压限流熔断器开断时的过电压限制在安全范围内。
3.4 脱扣电流互感器TA
专门设计的电流互感器,用于测量通过设备的电流量。
3.5 脱扣单元
提供动作触发脉冲和爆破点火脉冲,隔离主回路和控制回路。
3.6 测控单元JWK
主回路电流通过脱扣电流互感器TA送至二次电流传感器,主控单元采样并计算电流上升率,判斷系统是否发生超出预示大故障水平的值,在大故障水平时送动作信号到脱扣单元。
3.7 真空开关
进行正常的分合闸操作和小故障电流的切除。
3.8 三相组合式限压器JPT
将过电压幅值限制在规定值以下,可同时保护相间和相对地绝缘,保护设备绝缘不受过电压的损害。
3.9 隔离开关QS
便于设备的检修和器件更换,同时不影响其他设备的正常运行。
4 在公司的应用
在公司将JFSR高速大容量限流开关装置与限流电抗器并联。在正常运行时JFSR将电抗器短接,避免了电抗器巨大的电能损耗和大型电动机启动时的电压降。短路时JFSR快速断开,负荷侧断路器的开断电流受电抗器限制到允许范围。此用法的优点:①消除了电抗器巨大的无功损耗。可以节约装设补偿电容器的投资,有利于改善系统的功率因数。②用来防止负荷变动引起的热损和压降,提高供电质量。③避免采用高阻抗变压器,图2。
节能计算:公司选用限流电抗器单相热耗为24.2kw共2台,按每年投入运行330天,电费0.5元计算:
24.2*3*24*330*0.5*2＝57.5万元
因此采用此项技术,每年可为公司带来57.5万元的直接经济效益,同时也可为公司电气设备的稳定运行奠定了基础。
关键词:电抗器FSR大容量高速开关节能
中图分类号:TM564 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(b)-0015-02
1 概述
随着国家现代化进程的迅猛发展,电力系统的容量不断增大,短路电流值不断上升,由于电磁力的作用,最大的瞬时短路电流能在设备上产生很大的机械破坏应力,同时短路电流的交流成份将会对设备产生巨大的热冲击,造成不具有足够额定容量的电气设备诸如开关柜、电流互感器和电缆等损坏,因此越来越需要开关设备能够在故障瞬时就发现并以最快的速度切断短路电流,避免被保护设备及开关本身受到巨大的热冲击和电动力作用。
我国现行技术是在断路器下面串联限流电抗器,在电网正常运行时,由于在其上有电压降落以及损耗,对电网的输电质量有影响。其次,电抗器只能改变电流的峰值而不能改变断路器开断短路电流的时间,断路器要在几个周波内才能开断短路电流,短路电路的峰值已经几次通过短路网络,对系统网络及系统内设备造成累积性破坏,经过几次重大事故,就有可能造成设备的损坏,进而增加运行维护和检修的成本。
针对以上问题,我们在项目设计之处就与设计院、相关厂家进行技术交流,最终选用了安徽赛普电气公司生产的大容量快速限流开关与限流电抗器相并联的方案,既解决了开断电流时间长的问题,又能解决限流电抗器的热耗,为公司供电设备稳定运行和节能降耗提供了保障。
2 大容量高速限流开关特点
FSR大容量高速限流开关装置具有快速性、限流性、可靠性高、容量大的特点,用于电力系统发生短路故障时,及时对电气设备实施开断的一种新型快速保护装置。可以广泛用于电力系统单相、三相设备,用来快速切除短路故障。它除可以限流开断,还限制了操作过电压,全面保护了设备的安全。它有以下主要特点:
1)具有断路器加限流电抗器所完全不具有的快速性加限流性的优点,避免了正常运行时限流电抗器的热损耗和电压波动,提高供电质量。2)可以把截流时间控制在1ms以内,把截断电流控制在短路电流峰值的10%以下,使得电气设备及线路不再受短路峰值电流冲击,从而延长了使用寿命。3)配置大能容的非线性电阻来吸收开断过程中磁能,开断容量可不受限制。4)开断快、截流小,即增大了系统的稳定性和安全性,又可大大降低系统投资。5)开断过程中无危害性过电压。6)体积小,选型简单,安装、调试方便。
3 组成及原理
FSR大容量高速限流开关装置主要由大容量爆炸开断的高速开关串联小开断容量的真空开关组合而成。正常的负荷电流及小故障电流由真空开关操作合分通断,一旦发生短路,大容量高速开关在1mS内动作开断,快速切断短路电流。短路电流尚未上升就被切断,其幅值可被限制到小于预期短路电流峰值的10%左右,对设备的破坏作用大大减小,对设备的动、热稳定要求可以降低。
爆炸开断高速隔离器并联高压限流熔断器再并联高压高能氧化锌电阻,由于高速隔离器电阻为微欧级,高压限流熔断器电阻为毫欧级,故正常运行情况下,电流几乎全部流过高速隔离器。当系统发生短路事故时,高速隔离器在几百微秒的时间内高速断开;在其开断的过程中,故障电流转移到高压限流熔断器中,限流熔断器在0.5ms后迅速熔断,开断短路电流。高压限流熔断器熔断时产生的弧压,使氧化锌非线性电阻导通吸收电感中储存的磁能及电源注入的能量,使高压限流熔断器顺利熄弧。
整个保护装置包括高压隔离开关QS,爆炸开断高速隔离器QSB,高压限流熔断器FU,高压高能氧化锌电阻RV,高压真空开关QF,脱扣电流互感器TA,三相组合式限压器JPT,及测控单元JWK组成,简称JFSR,如图1。
3.1 爆炸开断高速隔离器QSB
主电流回路限流速断开关,由爆破桥和抗压绝缘套筒组成,正常时流过工作电流,短路时爆破桥在接到测控单元发出的分断信号后0.2ms内从中部断开,形成隔离断口,爆破桥原先承受的电流转移至高压限流熔断器。
3.2 高压限流熔断器FU
爆破桥体的灭弧单元,在桥体断开后转移全部短路电流,并在0.5ms内熔断,把故障电流限制在预期短路电流暂态峰值的10%以内,大幅度减轻大短路电流对发、变电设备的电动力和热效应冲击。高压限流熔断器产生的弧压可以通过非线性电阻加以限制。
3.3 高压高能氧化锌电阻RV
熔断器熔断产生弧压使其导通,转移熔断器中电弧电流,使熔断器FU可靠熄弧,吸收系统稳定前振荡能量。并把高压限流熔断器开断时的过电压限制在安全范围内。
3.4 脱扣电流互感器TA
专门设计的电流互感器,用于测量通过设备的电流量。
3.5 脱扣单元
提供动作触发脉冲和爆破点火脉冲,隔离主回路和控制回路。
3.6 测控单元JWK
主回路电流通过脱扣电流互感器TA送至二次电流传感器,主控单元采样并计算电流上升率,判斷系统是否发生超出预示大故障水平的值,在大故障水平时送动作信号到脱扣单元。
3.7 真空开关
进行正常的分合闸操作和小故障电流的切除。
3.8 三相组合式限压器JPT
将过电压幅值限制在规定值以下,可同时保护相间和相对地绝缘,保护设备绝缘不受过电压的损害。
3.9 隔离开关QS
便于设备的检修和器件更换,同时不影响其他设备的正常运行。
4 在公司的应用
在公司将JFSR高速大容量限流开关装置与限流电抗器并联。在正常运行时JFSR将电抗器短接,避免了电抗器巨大的电能损耗和大型电动机启动时的电压降。短路时JFSR快速断开,负荷侧断路器的开断电流受电抗器限制到允许范围。此用法的优点:①消除了电抗器巨大的无功损耗。可以节约装设补偿电容器的投资,有利于改善系统的功率因数。②用来防止负荷变动引起的热损和压降,提高供电质量。③避免采用高阻抗变压器,图2。
节能计算:公司选用限流电抗器单相热耗为24.2kw共2台,按每年投入运行330天,电费0.5元计算:
24.2*3*24*330*0.5*2＝57.5万元
因此采用此项技术,每年可为公司带来57.5万元的直接经济效益,同时也可为公司电气设备的稳定运行奠定了基础。