大容量高速开关装置在电力系统中的应用与节能.doc

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1、大容量高速开关装置在电力系统中的应用与节能摘要：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：串联电抗器，FSR大容量高速开关。　　1前言　　有些发电厂的发电机电压母线上接有容量不大的厂用电负荷或直配馈线线路。　　　　有些变电所接有负荷不大的供电线路或所用电负荷，按照系统实际短路电流来选择这些出线断路器往往不经济；并且断开容量较小的断路器，价格随断开容量的不同其差别较小，而断开容

2、量较大的断路器，价格随断开容量的不同差别则很大。例如，断开容量为25kA的断路器每台价格为2.2万元左右，断开容量为31.5kA的断路器每台价格为2.5万元左右；而断开容量为40kA的断路器每台价格为5.3万元左右，断开容量为50kA的断路器每台价格则高达8.5万元左右。目前大容量断路器生产厂家较少，而且短路电流达到某种程度时，也找不到相应的断路器，所以，在短路容量比较大的系统中，就选择断路器而言，经济上造成浪费，实施上造成困难。为此需要采用串联电抗器来限制短路电流，这样不仅可以降低短路电流对系统的冲击，同时可以降低断路器的额定开

3、断容量，节约投资费用。　　但是串入限流电抗器后却带来了如下的问题：　　（1）正常运行时在电抗器上产生电压降，而这个电压降随负荷的变化而变化，从而给调节供电电压、保证供电质量造成困难；　　（2）较大电动机启动时，电抗器的电压降会加剧，影响其他负荷的运行；　　（3）电抗器长期串联在供电系统中，将产生巨大的电能损耗；　　（4）电抗器强大的漏磁场，使周围的金属构架、钢筋混凝土产生附加热损耗和振动，影响电抗器的运行寿命。2解决问题的方案2.1解决思路　　为了解决以上这些问题，经过技术咨询和实地考察，发现利用国内一种大容量高速开关装置（简称F

4、SR装置）可消除串联电抗器所带来的一系列影响。具体解决方法是将FSR装置并联在电抗器两端，如图2。　　　　正常运行时，串联电抗器被FSR短接，工作电流基本上全部从FSR装置中流过，串联电抗器不通过电流，从而可消除串联限流电抗器后所产生的不良影响，进而解决了投入限流电抗器时带来的一系列问题；当系统发生短路时，FSR装置快速分断，串联电抗器投入主回路中限制短路电流，而短路故障仍由故障处断路器开断。由此可以看出，将FSR与电抗器并联后，可解决串联限流电抗器后所带来的问题，并保留电抗器限制短路电流的功能。　2.2FSR装置的工作原理　　该

5、装置主要由桥体FS，熔断器FU，非线性电阻FR及测控单元等组成，称FSR，如图3。　　　　（1）桥体FS：因FS电阻为uΩ级，而熔断器FU电阻为mΩ级，故正常情况下工作电流经桥体FS流过；短路发生后FSR接到测控单元的分断命令后，在0.15ms之内爆破断开，电流转移到熔断器FU。　　（2）熔断器FU：FS断开后，短路电流全部转移到熔断器，在0.5ms以内熔断器熔断，并产生足够的弧压。　　（3）非线性电阻FR：熔断器熔断时产生的弧压使线性电阻FR导通，吸收电感中存在的磁能及电源注入的能量，使熔断器顺利熄弧，同时把开断时的过电压限制在

6、2.5倍的额定相电压之内。　　（4）测控单元：检测电流和电流变化率，当电流幅值和电流变化率同时超过整定值时，判断为短路发生，采用三个相同的独立工作的CPU部件，以“三取二”表决方式判断，向桥体发出分断命令。　　2.3FSR装置的特点　　（1）载流量大：目前国内真空断路器额定电流只能做到4kA，而FSR装置最大额定电流可做到12kA，完全可满足目前电力系统的需要。　　（2）开断速度快：传统断路器继电保护故障切除时间长达80～140ms，而FSR装置短路电流在1ms以内被截流，3ms之内衰减为零，故障被完全切除，短路故障切除速度提高2

7、0倍以上。若将FSR并联在电抗器两端，则当出线发生短路时，在断路器动作之前将电抗器投入，达到了限流目的，满足了较小断开容量断路器的需要。　　（3）开断过程中无危害性过电压：氧化锌良好的非线性特性，可将开断过电压限制在2.5倍的额定相电压之内。　　（4）开断容量可以足够大：目前可做到240kA，足以满足一般情况下切断短路电路的需要。　　（5）灵敏度更高：故障时电流变化率增加明显，该装置引入了电流变化率作判断，灵敏度更高。　　3工程实际应用　　3.1一次系统图　　系统一次接线见图4，其中虚线框内为大容量高速开关装置（FSR）3大容量高

8、速开关装置的特点　　大容量高速开关装置与传统的断路器开断方式相比，具有以下显著特点：　　1．速动性提高20倍以上。短路电流在1ms以内被截流，3ms之内衰减到零，故障被完全切除，而传统的断路器保护方式最快也要75ms。　　2．短路电流在初始上升阶段