用于大型同步發(fā)電機(jī)出口及廠用變和勵磁變分支的 大容量快速

1、用于大型(dxng)同步發(fā)電機(jī)出口及廠用變和勵磁變分支的 大 容 量 快 速 開 斷 裝 置 合肥凱立控制技術(shù)有限公司報告人：黃冬華 共二十八頁 FUR高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置和FSR大容量快速開斷裝置是由安徽凱立公司研制的專利技術(shù)，它具有斷流(dun li)能力強(qiáng)，開斷速度快等特點,是發(fā)電機(jī)出口廠用變、勵磁變分支回路等短路容量較大的場所的快速有效的保護(hù)裝置。 共二十八頁6.1、高壓限流熔斷器組合裝置作為勵磁系統(tǒng)的短路(dunl)保護(hù)，主接線示意圖如下： 共二十八頁勵磁(l c)變或廠高變高壓側(cè)發(fā)生短路時的短路電流波形示意圖共二十八頁使用(shyng)FUR以后，當(dāng)出現(xiàn)勵磁變或廠高變一次側(cè)短

2、路時，如上圖所示，熔斷器FU在t1時間內(nèi)熔斷截流，并產(chǎn)生弧壓將電流迫入非線性電阻FR中快速衰減。此時短路電流只上升到Ip ，僅為預(yù)期短路沖擊電流的1/51/10。FU的作用是限流截流，產(chǎn)生弧壓；FR的作用是限制弧壓，吸收磁場能量，減輕對FU的壓力，并快速將電流衰減至零。共二十八頁 由于FU的限流性和快速性，采用了FUR后原系統(tǒng)將具有如下的優(yōu)越性： 1)由于 FU 的快速性和限流性是由物理特性所決定，而無機(jī)械拒動作的可能，所以可靠性高。 2)由于FU的限流性，主機(jī)、主變及真空斷路器不再受峰值電流沖擊，延長了使用壽命，大大提高了系統(tǒng)設(shè)備在動、熱穩(wěn)定方面的安全裕度。 3）勵磁變高壓側(cè)加裝FUR裝置不

3、但(bdn)在勵磁變內(nèi)部匝間短路、勵磁變高壓側(cè)短路時能快速有效保護(hù)。同時當(dāng)功率柜內(nèi)部出現(xiàn)短路、勵磁變低壓交流側(cè)短路時也能快速有效保護(hù)。共二十八頁4)由于FU的快速性，使故障(gzhng)切除時間大大縮短，更能有效地保護(hù)主機(jī)和主變壓器。大量的研究結(jié)果表明，只有在20ms之內(nèi)切除故障(gzhng)，才能避免變壓器的損壞事故。5) FR限制了FU的過電壓，使操作過電壓小于2.5倍相電壓。FR吸收了FU開斷過程中主機(jī)、主變及線路磁場能量和開斷過程中電源提供的能量。使FU開斷時的電弧能量降低至允許值以下，從而使開斷容量及可靠性大大提高。 共二十八頁高壓限流熔斷器組合保護(hù)裝置由安徽凱立科技股份有限公司研制

4、，額定電流能做到400A，開斷電流高達(dá)160KA。該裝置于1997年11月獲得國家專利證書，在發(fā)電機(jī)勵磁變，廠用電分支獲得大量應(yīng)用。諸如：葛洲壩電廠、吉林白山電廠、四川寶珠寺電廠、貴州東風(fēng)電廠、烏江渡電廠、黃河萬家寨電廠、江西萬安(wn n)電廠、新安江電廠、山西神頭火電廠等近300多家大中型電廠。 共二十八頁6.2、大容量高速開關(guān)(kigun)裝置 大容量快速(kui s)開斷裝置具有額定電流大（12KA）、斷流能力強(qiáng)（240KA），開斷速度快（3ms以內(nèi)切除故障）等特點。對于傳統(tǒng)的斷路器保護(hù)方式來說，大容量快速(kui s)開斷裝置在開斷技術(shù)上是一個重大突破。 共二十八頁1傳統(tǒng)的斷路器保護(hù)

5、方式存在(cnzi)的問題：（1） 開斷的時間長、沖擊電流大； 共二十八頁如圖一所示短路故障后，繼電保護(hù)動作時間為3040ms,斷 路器固有分閘時間為4080ms，燃弧時間要1020ms, 故障切除時間長達(dá)80140ms。 對于50HZ的電網(wǎng)，短路后510ms之內(nèi)達(dá)到?jīng)_擊(chngj)電流最大值。早在斷路器開斷之前，系統(tǒng)的設(shè)備就已經(jīng)受到了34次大電流的沖擊(chngj)。 共二十八頁發(fā)電機(jī)出口短路時，短路電流達(dá)67Ie，沖擊電流高達(dá)15-18 Ie?；痣姀S廠用變分支短路（廠用電率10）時，短路電流達(dá)110-170Ie，沖擊電流高達(dá)280450Ie，水電廠廠用變（廠用電率1）或勵磁變分支短路時，

6、短路電流達(dá)11001700Ie，沖擊電流高達(dá)28004500Ie。（）由于沖擊大，時間長，使得在系統(tǒng)設(shè)計時，就要對發(fā)電機(jī)、變壓器、互感器、母線、絕緣子、金屬構(gòu)架等設(shè)備在動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性方面(fngmin)要考慮留用足夠的余度，這就必然要增加很多投資。（）斷路器開斷能力不足（63KA，最大80KA）發(fā)電機(jī)、廠用電分支無保護(hù)。共二十八頁 目前，在系統(tǒng)(xtng)中并網(wǎng)運(yùn)行的200MW及以上大型機(jī)組已經(jīng)很多，600MW及以上機(jī)組也已投產(chǎn)多年，這些大型機(jī)組發(fā)生出口短路時，電流超過80KA，廠用變或勵磁變分支短路時，電流將超過100KA，發(fā)電機(jī)出口或廠用分支無法選到合適的斷路器，人們不得不耗費(fèi)很多資金

7、把發(fā)電機(jī)至變壓器之間設(shè)計成封閉母線，還有的廠用變壓器、勵磁變壓器由三個單相變壓器組成，意在盡量避免出口短路，但是當(dāng)發(fā)電機(jī)出口發(fā)生間歇性弧光接地時，非故障相避雷器動作或絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿等等，都會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口相間短路的發(fā)生，后果不堪設(shè)想。共二十八頁大容量快速開斷裝置主要由橋體FS、熔斷器FU、非線性電阻(dinz)FR及測控單元等組成，簡稱FSR 。共二十八頁測控單元定期檢測電流和電流變化率，短路時向橋體發(fā)出分?jǐn)嗝?mng lng)。正常時的工作電流經(jīng)橋體流過，接到測控單元的分?jǐn)嗝詈?，橋體在0.15ms之內(nèi)斷開，電流轉(zhuǎn)移到熔斷器。經(jīng)0.5ms熔斷器熔斷，產(chǎn)生的弧壓使非線性電阻導(dǎo)通。非線性電阻

8、導(dǎo)通后吸收磁能，并把過電壓限制在允許的2.5倍相電壓之內(nèi)。額定電流大（可做到12KA），開斷能力強(qiáng)（240KA），截流時間短。與傳統(tǒng)的斷路器開斷方式相比具有以下顯著特點：1） 速動性提高20倍以上。短路電流在1ms以內(nèi)被截流，3ms之內(nèi)衰減到零，故障被完全切除。傳統(tǒng)的斷路器保護(hù)方式最快也要75ms，至少為FSR的25倍。 共二十八頁2）系統(tǒng)永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的沖擊(chngj)電流，設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的余度不必設(shè)計得過大，可節(jié)省大量資金。 截流值Ip僅為預(yù)期短路沖擊(chngj)電流的1/71/6左右，系統(tǒng)承受的電動力大大減少。所通過的I2t比斷路器開斷方式減少了至少500倍，可達(dá)上千倍。3）開

9、斷過程中無危害性過電壓；氧化鋅良好的非線性特性，可將開斷過電壓限制在2.5倍的額定相電壓以內(nèi)。4）開斷容量可以足夠大。目前可以做到240KA，一般只需要160kA。只需要配置相應(yīng)的非線性電阻來吸收磁能，開斷容量就可以做得足夠大。此外由于本裝置引入電流變化率做判據(jù)，靈敏度更高。設(shè)計上采用三個相同的獨立工作的測控部件，以“2/3表決方式”判斷故障的發(fā)生，可靠性更高。共二十八頁2大容量快速開斷裝置的應(yīng)用1） 大型發(fā)電機(jī)出口、廠用變分支或勵磁變分支能得到快速有效保護(hù)。下列圖中所示裝置為FSR，具體采用何種裝置視額定電流而定。額定電流小于500A的場合可使用FUR裝置。2） 如圖六所示，發(fā)電機(jī)出口短路時

10、，一般由系統(tǒng)提供的短路電流比發(fā)電機(jī)提供的短路電流大。起始瞬間短路電流周期分量為67Ie，沖擊電流可達(dá)1518 Ie。例如(lr)300MW機(jī)組，IK=73.784.7KAIimp=198227.6KA共二十八頁共二十八頁如圖七所示，廠用變壓器或發(fā)電機(jī)勵磁變高壓端部附近短路時，短路電流是由發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)提供。對于火電廠（廠用電率約為10），短路電流為廠用變壓器額定電流的110170倍。300MW機(jī)組IK=128.7194.7KA，沖擊(chngj)電流高達(dá)345.8523.2KA，是額定電流的304.9439.3倍。共二十八頁而對于廠用電率為1左右的水電廠廠用電分支或發(fā)電機(jī)勵磁變分支，則短路電流為

11、廠用變或勵磁變額定電流的11001700倍，沖擊電流達(dá)28004500倍。廠用變、勵磁變受到這樣大的短路電流的沖擊，必然會發(fā)生爆炸。只有FUR及FSR才能開斷，采用了FUR及FSR后，實際沖擊電流卻遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期(yq)短路沖擊電流，發(fā)電機(jī)、變壓器、廠用變或勵磁變得到了快速有效的保護(hù)。 共二十八頁3）采用FSR裝置可大大減少了系統(tǒng)擴(kuò)建或聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行所需的投資。無論系統(tǒng)擴(kuò)建或聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，都涉及到圖八所示變壓器的并列運(yùn)行。它可以帶來如下好處:a. 提高了供電可靠性； b. 減少了正常運(yùn)行和大型電動機(jī)啟動時的電壓降；c. 圖八有利于根據(jù)負(fù)荷(fh)情況決定所投入的并列變壓器運(yùn)行的臺數(shù)以便實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。如圖

12、九所示，新投入的發(fā)電機(jī)與原有電網(wǎng)的并列運(yùn)行與上述情況類似。共二十八頁共二十八頁對于圖八和圖九，如果用母聯(lián)斷路器并列運(yùn)行，則會使負(fù)荷出口短路時，短路電流由IK1增加為IK=IK1+IK2,帶來如下麻煩：a原有斷路器開斷能力不足,需要更換,須增加投資;b為與母聯(lián)斷路器繼電保護(hù)配合,原有負(fù)荷 的繼電保護(hù)須再延時0.5s; c原有系統(tǒng)設(shè)備需要重新檢驗動熱穩(wěn)定性。如在圖八和圖九所示的系統(tǒng)中,用FSR取代并列運(yùn)行的聯(lián)絡(luò)斷路器,則上述麻煩都可避免,且可保留(boli)并列運(yùn)行帶來的好處。 共二十八頁4）FSR裝置與電抗器并聯(lián)是最經(jīng)濟(jì)(jngj)有效的限流方案。共二十八頁有些發(fā)電廠的機(jī)端母線上接有容量不大的廠

13、用電負(fù)荷或直配線路(如圖十、圖十一),還有些變電所接有負(fù)荷不大的供電線路或所用電負(fù)荷。按照系統(tǒng)的實際短路電流來選擇這些(zhxi)負(fù)荷斷路器,往往很不經(jīng)濟(jì),為此需要采用電抗器限制短路電流。但串入電抗器后,卻存在如下問題：共二十八頁a正常運(yùn)行時在電抗器上產(chǎn)生電壓降，而這個電壓降隨負(fù)荷變化，給調(diào)節(jié)供電電壓質(zhì)量造成困難；b較大電動機(jī)啟動時，電抗器上的電壓降會加劇，將影響其它負(fù)荷的運(yùn)行；c電抗器長期串聯(lián)在供電系統(tǒng)中，將產(chǎn)生巨大的電能損耗；d電抗器強(qiáng)大的漏磁場，將使周圍的金屬構(gòu)架、鋼筋混凝土產(chǎn)生附加熱損耗和振動，影響運(yùn)行壽命。將FSR與電抗器并聯(lián)后，可解決上述問題，并保留電抗器的限制短路電流(dinli

14、)的功能。共二十八頁3 結(jié)論（1） 氧化鋅非線性電阻與熔斷器并聯(lián)，可使開斷能力(nngl)大大提高，是開斷技術(shù)的一個重大突破。（2） 大容量快速開斷裝置額定電流大，開斷能力強(qiáng)，截流小，速度快，是發(fā)電機(jī)出口、廠用變、勵磁變分支等短路容量較大的場所的快速有效的保護(hù)裝置。對于短路容量不同的場所，應(yīng)用FUR和FSR后，可使系統(tǒng)免受沖擊，對設(shè)備的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性要求大大降低，從而節(jié)省大量資金。（3）采用FSR與電抗器串聯(lián)的限流方案，可提高供電可靠性，并可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如果考慮與FSR并聯(lián)后，電抗器可只按短時沖擊電流設(shè)計，從而電抗器造價大大降低。這兩種裝置目前已在冶金、煤炭、石化及供電企業(yè)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。 共二十八頁內(nèi)容摘要用于大型同步發(fā)電機(jī)出口及廠用變和勵磁變分支的 大 容 量 快 速 開 斷 裝 置 合肥