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5.2:白山電廠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)2000年5月15日,由東北電管局、白山電廠、葛洲壩電廠、凱立公司等單位參加,在白山電廠300MW2＃機(jī)組進(jìn)行了交流電壓滅磁現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)工況一（試驗(yàn)波形圖見下圖）：勵(lì)磁電流為200A,陽極電壓為247V。滅磁電阻滅磁時(shí)開關(guān)弧壓為1173V。第一頁，共三十一頁。圖4U1:轉(zhuǎn)子電壓U0:勵(lì)磁電壓I1:滅磁電流I2:勵(lì)磁電流第二頁，共三十一頁。試驗(yàn)工況二：（試驗(yàn)波形見下圖）勵(lì)磁電流為932A,陽極電壓為1000V。滅磁電阻滅磁時(shí)開關(guān)弧壓只有200V，開關(guān)跳開時(shí)只聽到輕微聲響,后檢察開關(guān)觸頭未發(fā)現(xiàn)燒損現(xiàn)象。U1:轉(zhuǎn)子電壓U0:勵(lì)磁電壓I1:滅磁電流I2:勵(lì)磁電流第三頁，共三十一頁。5.3結(jié)論

隨著交流電壓滅磁理論的提出、論證，以及經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)，驗(yàn)證了交流電壓滅磁技術(shù)理論的可行性；證明在大型同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)中運(yùn)用交流電壓滅磁技術(shù)，各種工況下都可以使非線性滅磁電阻可靠滅磁；交流電壓滅磁解決了大型同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)滅磁的技術(shù)難題；同時(shí)利用交流電壓滅磁技術(shù)可以降低開關(guān)的技術(shù)要求，減少開關(guān)的造價(jià)。

第四頁，共三十一頁。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)，它具有斷流能力強(qiáng)，開斷速度快等特點(diǎn),是發(fā)電機(jī)出口廠用變、勵(lì)磁變分支回路等短路容量較大的場(chǎng)所的快速有效的保護(hù)裝置。

第五頁，共三十一頁。6.1、高壓限流熔斷器組合裝置作為勵(lì)磁系統(tǒng)的短路保護(hù)，主接線示意圖如下：

第六頁，共三十一頁。勵(lì)磁變或廠高變高壓側(cè)發(fā)生短路時(shí)的短路電流波形示意圖第七頁，共三十一頁。使用FUR以后，當(dāng)出現(xiàn)勵(lì)磁變或廠高變一次側(cè)短路時(shí)，如上圖所示，熔斷器FU在t1時(shí)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(shí)短路電流只上升到Ip，僅為預(yù)期短路沖擊電流的1/5～1/10。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(chǎng)能量，減輕對(duì)FU的壓力，并快速將電流衰減至零。第八頁，共三十一頁。

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(dòng)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(dòng)、熱穩(wěn)定方面的安全裕度。3）勵(lì)磁變高壓側(cè)加裝FUR裝置不但在勵(lì)磁變內(nèi)部匝間短路、勵(lì)磁變高壓側(cè)短路時(shí)能快速有效保護(hù)。同時(shí)當(dāng)功率柜內(nèi)部出現(xiàn)短路、勵(lì)磁變低壓交流側(cè)短路時(shí)也能快速有效保護(hù)。第九頁，共三十一頁。4)由于FU的快速性，使故障切除時(shí)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，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(chǎng)能量和開斷過程中電源提供的能量。使FU開斷時(shí)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。

第十頁，共三十一頁。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，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(lì)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、江西萬安電廠、新安江電廠、山西神頭火電廠等近300多家大中型電廠。

第十一頁，共三十一頁。6.2、大容量高速開關(guān)裝置大容量快速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(diǎn)。對(duì)于傳統(tǒng)的斷路器保護(hù)方式來說，大容量快速開斷裝置在開斷技術(shù)上是一個(gè)重大突破。

第十二頁，共三十一頁。1傳統(tǒng)的斷路器保護(hù)方式存在的問題：

（1）

開斷的時(shí)間長、沖擊電流大；

第十三頁，共三十一頁。如圖一所示短路故障后，繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為30～40ms,斷路器固有分閘時(shí)間為40～80ms，燃弧時(shí)間要10～20ms,故障切除時(shí)間長達(dá)80～140ms。 對(duì)于50HZ的電網(wǎng)，短路后5～10ms之內(nèi)達(dá)到?jīng)_擊電流最大值。早在斷路器開斷之前，系統(tǒng)的設(shè)備就已經(jīng)受到了3～4次大電流的沖擊。

第十四頁，共三十一頁。發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，短路電流達(dá)6～7Ie，沖擊電流高達(dá)15-18Ie?；痣姀S廠用變分支短路（廠用電率10％）時(shí)，短路電流達(dá)110-170Ie，沖擊電流高達(dá)280～450Ie，水電廠廠用變（廠用電率1％）或勵(lì)磁變分支短路時(shí)，短路電流達(dá)1100～1700Ie，沖擊電流高達(dá)2800～4500Ie。（２）由于沖擊大，時(shí)間長，使得在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，就要對(duì)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(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性方面要考慮留用足夠的余度，這就必然要增加很多投資。（３）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)。第十五頁，共三十一頁。目前，在系統(tǒng)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(shí)，電流超過80KA，廠用變或勵(lì)磁變分支短路時(shí)，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)很多資金把發(fā)電機(jī)至變壓器之間設(shè)計(jì)成封閉母線，還有的廠用變壓器、勵(lì)磁變壓器由三個(gè)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(shí)，非故障相避雷器動(dòng)作或絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿等等，都會(huì)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。第十六頁，共三十一頁。大容量快速開斷裝置主要由橋體FS、熔斷器FU、非線性電阻FR及測(cè)控單元等組成，簡稱FSR。

第十七頁，共三十一頁。測(cè)控單元定期檢測(cè)電流和電流變化率，短路時(shí)向橋體發(fā)出分?jǐn)嗝?。正常時(shí)的工作電流經(jīng)橋體流過，接到測(cè)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(shí)間短。與傳統(tǒng)的斷路器開斷方式相比具有以下顯著特點(diǎn)：1）速動(dòng)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。

第十八頁，共三十一頁。2）系統(tǒng)永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的沖擊電流，設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的余度不必設(shè)計(jì)得過大，可節(jié)省大量資金。截流值Ip僅為預(yù)期短路沖擊電流的1/7～1/6左右，系統(tǒng)承受的電動(dòng)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(jì)上采用三個(gè)相同的獨(dú)立工作的測(cè)控部件，以“2/3表決方式”判斷故障的發(fā)生，可靠性更高。第十九頁，共三十一頁。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(lì)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(chǎng)合可使用FUR裝置。2）

如圖六所示，發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，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6～7Ie，沖擊電流可達(dá)15～18Ie。例如300MW機(jī)組，IK=73.7～84.7KAIimp=198～227.6KA第二十頁，共三十一頁。第二十一頁，共三十一頁。如圖七所示，廠用變壓器或發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變高壓端部附近短路時(shí)，短路電流是由發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)提供。對(duì)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110～170倍。300MW機(jī)組IK=128.7～194.7KA，沖擊電流高達(dá)345.8～523.2KA，是額定電流的304.9～439.3倍。第二十二頁，共三十一頁。而對(duì)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(lì)磁變分支，則短路電流為廠用變或勵(lì)磁變額定電流的1100～1700倍，沖擊電流達(dá)2800～4500倍。廠用變、勵(lì)磁變受到這樣大的短路電流的沖擊，必然會(huì)發(fā)生爆炸。只有FUR及FSR才能開斷，采用了FUR及FSR后，實(shí)際沖擊電流卻遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期短路沖擊電流，發(fā)電機(jī)、變壓器、廠用變或勵(lì)磁變得到了快速有效的保護(hù)。

第二十三頁，共三十一頁。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(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓降；c.

圖八有利于根據(jù)負(fù)荷情況決定所投入的并列變壓器運(yùn)行的臺(tái)數(shù)以便實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。如圖九所示，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。第二十四頁，共三十一頁。第二十五頁，共三十一頁。對(duì)于圖八和圖九，如果用母聯(lián)斷路器并列運(yùn)行，則會(huì)使負(fù)荷出口短路時(shí)，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(shí)0.5s;c．原有系統(tǒng)設(shè)備需要重新檢驗(yàn)動(dòng)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,且可保留并列運(yùn)行帶來的好處。

第二十六頁，共三十一頁。4）FSR裝置與電抗器并聯(lián)是最經(jīng)濟(jì)有效的限流方案。第二十七頁，共三十一頁。有些發(fā)電廠的機(jī)端母線上接有容量不大的廠用電負(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(shí)際短路電流來選擇這些負(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：第二十八頁，共三十一頁。a．正常運(yùn)行時(shí)在電抗器上產(chǎn)生電壓降，而這個(gè)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電抗器上的電壓降會(huì)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(chǎng)，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(dòng)，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的功能。第二十九頁，共三十一頁。3結(jié)論（1）

氧化鋅非線性電阻與熔斷器并聯(lián)，可使開斷能力大大提高，是開斷技術(shù)的一個(gè)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(lì)磁變分支等短路容量較大的場(chǎng)所的快速有效的保護(hù)裝置。對(duì)于短路容量不同的場(chǎng)所，應(yīng)用FUR和FSR后，可使系統(tǒng)免受沖擊，對(duì)設(shè)備的動(dòng)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(shí)沖擊電流設(shè)計(jì)，從而電抗器造價(jià)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。

第三