宮志堅(jiān)

（江蘇梅蘭熱電有限公司，江蘇泰州　225300）

零損耗深度限流裝置在廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用

宮志堅(jiān)

（江蘇梅蘭熱電有限公司，江蘇泰州225300）

為減少?gòu)S用電抗器正常工作時(shí)的電能損耗，為企業(yè)降低生產(chǎn)成本，且同時(shí)保證廠電用系統(tǒng)故障時(shí)的安全運(yùn)行，采用深度限流裝置技術(shù)對(duì)10KV廠用電抗器供電回路進(jìn)行改造。實(shí)現(xiàn)廠用電抗器正常運(yùn)行時(shí)零損耗，故障時(shí)快速接入，起到限流作用，保證10KV廠用電母線(xiàn)安全運(yùn)行。

零損耗；深度限流裝置；電氣主系統(tǒng)；節(jié)能

我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的快速持續(xù)地增大，使得短路電流也在不斷地升高，帶來(lái)了開(kāi)關(guān)遮斷容量不足、變壓器抗短路沖擊能力不夠等一系列問(wèn)題。電力系統(tǒng)通常解決的辦法是加裝限流電抗器，但系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，額定電流流過(guò)限流電抗器時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降，因此串聯(lián)限流電抗器的電抗率不能太高，否則壓降太大會(huì)影響電抗器下端負(fù)載的正常運(yùn)行，并且電抗器正常運(yùn)行時(shí)帶來(lái)的有功和無(wú)功損耗、漏磁場(chǎng)干擾等也是不可忽略的問(wèn)題。為了解決電力系統(tǒng)短路電流超標(biāo)問(wèn)題，使用零損耗深度限流裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)ZLB），本裝置采用原裝進(jìn)口高速渦流驅(qū)動(dòng)大容量開(kāi)關(guān)與深度限流電抗器并聯(lián)的一體化設(shè)計(jì)，具有正常運(yùn)行時(shí)無(wú)電能損耗，無(wú)壓降；短路故障時(shí)快速投入高阻抗；短路故障切除后自動(dòng)恢復(fù)等功能。

1　電氣主系統(tǒng)介紹

設(shè)計(jì)院提供系統(tǒng)圖（見(jiàn)圖1）：

圖1　一次系統(tǒng)圖

F1、F2、F3號(hào)發(fā)電機(jī)分別通過(guò)ZB1、ZB2、ZB3主變升壓至35KV站再到110KV變電所，F(xiàn)1 F2機(jī)組為一期工程，采用了電抗器限流，F(xiàn)3機(jī)組二期工程設(shè)計(jì)在發(fā)電機(jī)出口10KV廠用電分支處裝限流電抗器，其35KV側(cè)系統(tǒng)短路容量為546MVA。

現(xiàn)將本系統(tǒng)其余相關(guān)設(shè)備參數(shù)（包括變壓器的容量、變比、阻抗百分?jǐn)?shù)等）整理如下（見(jiàn)表1、表2）：

表1　發(fā)電機(jī)參數(shù)（功率因數(shù)cosΦ=0.8）

表2　主變參數(shù)

2　參數(shù)計(jì)算

2.1標(biāo)幺值計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的數(shù)據(jù)：F1、F2、F3發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值為0.3227；ZB1、ZB2、ZB3主變電抗標(biāo)幺值為0.2625；35KV側(cè)系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值為0.18315，限流電抗器電抗標(biāo)幺值為0.3142，參見(jiàn)系統(tǒng)等值電抗圖（見(jiàn)圖2）：

圖2　等值電抗圖

2.2短路電流計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)院提供資料，現(xiàn)將短路電流列表3如下：

表3　短路電流計(jì)算表

3　使用思路

通過(guò)在10KV廠用電分支處加裝限流電抗器，標(biāo)幺值為0.3142的等值阻抗來(lái)限制短路電流，根據(jù)理論計(jì)算以及實(shí)際配置定其阻值為0.3849歐姆，表3中Id2、Id3、Id4點(diǎn)的短路電流即為未加裝限流電抗器的短路電流有效值，Id5、Id6、Id7點(diǎn)的短路電流即為加裝限流電抗器限流后的短路電流有效值。

根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的限流電抗器額定電流為1500A，限流電抗器電感值：0.3849/314=1.225mH，限流電抗器電抗率:√3*0.3849*1.5/10*100%= 10%，限流比：K1=Id5/Id2=11.774/33.259=0.35，限流深度：K=1-K1=0.65。故可采用深度限流裝置，即ZLB-10-1500-10%的零損耗深度限流裝置能將短路電流限制在可靠的范圍內(nèi)，以保護(hù)設(shè)備及供電線(xiàn)路。

根據(jù)額定電流以及短路電流可選擇斷路器參數(shù)：額定電流IN=1600A；UN=10.5KV斷路器額定短路開(kāi)斷電流IK=40KA。

4　ZLB零損耗深度限流工作原理

4.1限流原理（見(jiàn)圖3）

圖3　

4.2工作過(guò)程描述

正常工作時(shí)，快速換流器處于常閉狀態(tài)，將限流電抗器金屬性短路，整體表現(xiàn)阻抗為零；當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，測(cè)控保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)到短路電流大于設(shè)定值，快速換流器利用快速渦流驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在7~15ms內(nèi)將限流電抗器投入回路，限制短路容量，可將短路電流限制到50%以下。短路故障切除后，可立即恢復(fù)，即將電抗器快速短接，實(shí)現(xiàn)零損耗運(yùn)行。

4.3零損耗深度限流裝置的特點(diǎn)

4.3.1動(dòng)作速度快本裝置能在系統(tǒng)發(fā)生短路的7～15毫秒內(nèi)將短路電流開(kāi)斷，深度限流電抗器將短路電流降至50%以下，使用高速渦流驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)5毫秒分閘，10毫秒合閘。同時(shí)測(cè)控單元使用高精度、高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，對(duì)系統(tǒng)電流進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電流大于設(shè)定值時(shí)，在2毫秒內(nèi)通過(guò)高速DSP技術(shù)和專(zhuān)用算法，快速計(jì)算短路電流及電流過(guò)零點(diǎn)的精確時(shí)刻，并在過(guò)零點(diǎn)之前發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)在過(guò)零點(diǎn)之前切斷電路，確保燃弧時(shí)間最短，在7～15毫秒內(nèi)將短路電流換入深限流電抗器中。短路故障切除后，測(cè)控單元自動(dòng)檢測(cè)到母線(xiàn)電壓回升時(shí)，發(fā)出合閘命令，高速真空斷路器合閘，限流電抗器退出運(yùn)行。

4.3.2開(kāi)斷能力強(qiáng)進(jìn)口開(kāi)關(guān)包括三項(xiàng)獨(dú)立動(dòng)作，利用對(duì)觸頭剛分時(shí)間的合理控制，確保各項(xiàng)動(dòng)作均為臨界過(guò)零開(kāi)斷，使燃弧時(shí)間最小，短路開(kāi)斷能力可輕松達(dá)到80KA。

4.3.3限流效果好電抗器正常運(yùn)行時(shí)，無(wú)電流通過(guò)，電能零損耗，零壓降。在短路發(fā)生時(shí)投入工作，短路電流限制在預(yù)期短路電流值的50%以下，從而在發(fā)生短路的過(guò)程中將短路電流大大降低，變壓器免受巨大的短路電流沖擊，系統(tǒng)內(nèi)斷路器開(kāi)斷能力相應(yīng)降低。

4.3.4使用壽命長(zhǎng)開(kāi)關(guān)使用高速渦流驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，比普通斷路器的操作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，且使用簡(jiǎn)單的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，磨損極小，機(jī)械壽命及可靠性大大提高。同時(shí)，本裝置系統(tǒng)過(guò)零點(diǎn)開(kāi)斷，燃弧量不到普通斷路器的10%，觸頭燒灼小，觸點(diǎn)電壽命長(zhǎng)，深限流電抗器無(wú)短路發(fā)生時(shí)，處于零損耗，不發(fā)熱，無(wú)壓降狀態(tài)，使用壽命長(zhǎng)。

4.3.5性能更可靠本裝置核心部件均為國(guó)外生產(chǎn)，在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下仍能可靠運(yùn)行。同時(shí)，電子控制器帶有實(shí)時(shí)自檢功能，信息均可受后臺(tái)監(jiān)控。

4.3.6動(dòng)作分散度小由于大幅度地縮短了合閘時(shí)間并配置了直接驅(qū)動(dòng)的高速渦流驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，合閘分散度可以控制在0.1毫秒以?xún)?nèi)[2]。

4.3.7合閘無(wú)反彈零損耗深度限流裝置的主要配置為羅氏線(xiàn)圈、智能測(cè)控單元、高速渦流驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)和限流阻抗，可加裝防觸頭撞擊裝置，確保合閘無(wú)反彈。

5　經(jīng)濟(jì)效益分析

目前解決電力系統(tǒng)短路電流超標(biāo)問(wèn)題，電力行業(yè)有以下幾方面的措施，現(xiàn)針對(duì)這些措施從經(jīng)濟(jì)和效果上做簡(jiǎn)單分析。

通過(guò)長(zhǎng)期在線(xiàn)路中串聯(lián)一只電抗器，限制短路電流，但若限流電抗的阻抗大，則降低了變壓器的輸送功率；反之則限流深度不夠。限流電抗器長(zhǎng)期運(yùn)行，也不符合低碳的精神。

高阻抗變壓器采取增加漏磁的方法限制短路電流。但將增加高達(dá)上百萬(wàn)的設(shè)備投資，另外高阻抗變壓器正常運(yùn)行時(shí)也會(huì)帶來(lái)巨大的電能損耗。

本次擴(kuò)建工程為與一期保持一致，實(shí)施的方案為串聯(lián)電抗器限流方案。在變壓器低壓側(cè)串入一只電抗率為10%的普通限流電抗器，會(huì)產(chǎn)生巨大的功耗具體見(jiàn)表4。

表4　單套三相電抗器年損耗計(jì)算表

綜上所述解決系統(tǒng)短路電流超標(biāo)問(wèn)題，大容量斷路器給企業(yè)增加了一次性投資，并且無(wú)法避免主變受短路電流沖擊而損壞的事故發(fā)生。限流電抗器方案和高阻抗變壓器方案都存在投資成本高、運(yùn)行成本大的問(wèn)題，盡管限流電抗器方案造價(jià)較低，但在一次性投資方面節(jié)省的效益仍不能抵消電能損耗帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

較之傳統(tǒng)的解決方案，ZLB零損耗深度限流器采用原裝進(jìn)口高速渦流驅(qū)動(dòng)大容量開(kāi)關(guān)與深度限流電抗器并聯(lián)的一體化設(shè)計(jì)，具有運(yùn)行時(shí)無(wú)電能損耗，無(wú)壓降；短路時(shí)投入高阻抗快速；短路故障切除后能自動(dòng)恢復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。這一點(diǎn)也是大容量快速開(kāi)斷裝置并聯(lián)電抗器所無(wú)法達(dá)到的，從而省卻了很多設(shè)備維護(hù)更新的花費(fèi)。

6　結(jié)語(yǔ)

該裝置在集團(tuán)電廠的應(yīng)用實(shí)例中得到證實(shí)，此方案實(shí)施后運(yùn)行安全穩(wěn)定可靠；節(jié)能效果明顯，二年多收回成本，且裝置節(jié)能效果能持續(xù)有效；系統(tǒng)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠性好，可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，操作方便，維護(hù)量小。

[1]程艷兵，汪志鵬，祁福.零損耗深度限流裝置的優(yōu)化與運(yùn)用[J].銅業(yè)工程，2012（4）：41-44.

[2]鄔自健，唐剴.阻流電抗器與可恢復(fù)式大容量高速開(kāi)關(guān)裝置的組合應(yīng)用[J].江西冶金，2014（5）：35-37.

（責(zé)任編輯楊荔晴）

Application of Zero Loss Depth Limiting Device in Power Plant System

GONG Zhi-jian
(Jiangsu Meilan Thermal Power Co.,Ltd.,Taizhou Jiangsu 225300,China)

In order to reduce the power loss in the normal operation of the reactor,production cost and insure the safe operation,rehabilitation is carried out for 10KV factory using depth limiting device technology,which can greatly reduce power consumption.This device can achieve zero loss of the reactor,play the role in the current limit and ensure the safety of the 10KV plant bus operation.

zero loss;depth limiting device;primary electrical system;energy conservation

TM471

A

1671-0142（2016）02-0053-04

宮志堅(jiān)（1968-），女，江蘇泰州人，工程師.