大容量高速开关装置的原理分析及应用探讨.docx

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1、大容量高速开关装置(FSR)的原理分析及应用研讨摘要文中阐述了大容量高速开关的原理接线及技术参数，对大容量高速开关与断路器的分断性能进行对比分析，介绍了大容量高速开关的几种工程应用方案。关键词大容量高速开关断路器短路电流开断力量工.原理分析大容量高速开关(FSR)又被称为故障电流限制器、快速开关、高速限流爱护开关、限流爱护器、FCL(FaultCurrentLimiter)等。主要作用是在短路电流未提升到峰值之前，将其高速开断。FSR原理接线图见图L图1大容量高速开关(FSR)原理接线图图中高压载流桥体FS和特种高压限流熔断器FU在电气上是并联的，由于前者电阻为微欧级，后者电阻为亳欧级，故正常

2、运行状况下，主导流母线中的电流几乎全部流过高压载流桥体FS。当系统发生短路事故时，特种电流互感器CT检测到短路电流信号，将其传递给电子掌握器ZK,由ZK进行信号的分析和处理。若短路电流信号超过整定值，ZK将发出点火信号，通过高压脉冲变压器MB,使高压载流桥体FS在几百微秒的时间内高速断开；在其断口开断的过程中，故障电流转移到特种高压限流熔断器FU中，由FU最终开断短路电流，切除故障。在FU熔断过程中，线路上可能会产生瞬时过电压，此时高能氧化锌电阻FR对其进行限压。各部分的动作时序如图2所示。图2大容量高速开关(FSR)开断时序示意图图2中t=0短路故障发生；t=t电子掌握器探测到故障并建立点火

3、信号；t=t2快速隔离器打开，电流转移到熔断器中；t=t3熔断器开头起弧；t=t4熔断器内电弧熄灭，故障电流被彻底开断，(t3t4)为熔断器的燃弧时间。由此可见，在预期短路电流远未进展到峰值之前，短路电流已经被高速切断。实际通过电力设施的短路电流的峰值ic在第一个半波被限制到预期短路电流峰值的(1545)%,短路电流的持续时间为5ms左右，爱护了电力系统主设施免受损坏。大容量高速开关的技术参数见表1。序号项目单位技术参数1额定电流（有效值）A1000,2000,3000,40002额定电压（有效值）kV7.2122040.53额定频率Hz50/604额定预期短路开断电流（有效值）kA50,63

4、,120,2005额定绝缘水平工频（有效值）kV23425()95雷电（峰值）kV60759()1856主回路直流电阻1125（3级污区）14支柱绝缘子机械破坏负荷（弯曲及拉伸负荷）kN162.大容量高速开关与断路器的比较断路器的开断时间约为60200ms；断路器开断过程中不限流，虽可切除短路故障，但发电机或变压器等设施因经受不住短路电流电动力的冲击，仍有可能损坏；一般断路器开断力量很有限,额定短路开断电流小于50kA,在发电机出口等许多状况下不能满意要求；采纳开断力量特大的发电机断路器则价格特别昂贵，而且发电机断路器也无限流功能。大容量高速开关的开断时间仅约5ms；可将短路电流限制到预期值的

5、15%45%,可针对预期短路电流的水平进行整定，使发电机、变压器等主设施不因高幅值短路电流的冲击而损坏。大容量高速开关开断力量强，可开断预期值为12020OkA的短路电流，价格远比国外同类产品廉价。专用于出口短路等灾难性短路事故的爱护，动作后需更换部件，一般不能重合闸。由以上比较看出，大容量富速开关弥补了断路器的不足，适合于短路电流有可能损坏发电机变压器等主设施时的灾难性短路事故的爱护。在许多状况下是应付短路电流的唯一技术方案。3.工程应用3.1 旁路限流电抗器图3旁路限流电抗器主原理接线图旁路限流电抗器接线如图3所示。将FSR与限流电抗器或变电站原来装备的限流电抗器并联。由于FSR阻抗约为0

6、.1mQ（其中直流电阻约20uQ）,而电抗器阻抗一般在0.150.9（即15OmQ90OmQ）之间，所以正常运行时电抗器被FSR短接而不起作用。短路故障发生时，FSR高速开断，将电抗器投入起限流作用。以一台12kV1500A,电抗率8%的中型限流电抗器为例，其阻抗约0.36欧姆，三相容量约2500kVA,其中有功损耗约50100kW。接入FSR后：消退了电抗器巨大的无功损耗。可以节省装设补偿电容器的投资，己经装设的变电站,可以少投一些补偿电容器。有利于改善系统的功率因数。电抗器对母线电压质量有影响，一般会使母线电压降低48%,若遇大型感性负载（如大容量电动机等）投入，则电压降落更大。装备FSR

7、后上述电压损失消退了，这无疑将使电压质量得到提高，而提高电能质量始终是电力系统追求的目标。除无功损耗外，电抗器有功损耗也相当可观，采纳FSR后,有功损耗不到300W,年节省电费约50万元。从这点上看，FSR起到了节能降耗的作用，这符合我们国家节省能源的国策。不影响原有继电爱护装置的整定，使老变电站改造变得很简单。原来因顾及电抗器的缺点而不装设限流设施的重要变电站可以放心加装,进一步保证电力主设施的平安。避开采纳高阻抗变压器。3.2 使分段母线并列运行大容量高速开关使分段母线闭合运行主接线如图4所示，在母联开关的位置串接一台FSR,正常运行时母联断路器处于合闸位置，而不是传统的母联断路器处于分闸

8、位置。仅在出线发生短路、且预期短路电流值超过FSR整定值时，短路电流限制器才动作，随后母联断路器分断，使双母线分裂运行。在国外，这种应用方式约占到FSR总应用的50%。其优点是:降低网络阻抗，改善电能质量；变电站扩建或变压器增容后，无须更换全部出线断路器，从而节省大量投资；供应闭环运行的可能性，提高供电牢靠性。优化负荷安排，增加系统的电压调整力量。3.3 发电机或变压器出口的短路爱护图4大容量高速开关使分段母线闭合运行主接线故障点总短路电流为55kA,断路器额定开断电流为40kA发电机出口爱护如图5所示，将FSR与一般断路器一起直接串联到发电机或变压器出口。该应用不仅适用于中、小型水/火电厂，

9、也适用于化工冶金企业的自备发电机、大电流试验室用发电机、核聚变试验用发电机、舰船用发电机等。在变压器出口的应用主要是那些不要求重合闸的场合。大容量发电机出口短路时，由发电机供应的短路电流的周期重量可超过90-100kA；进一步考虑短路电流中含有约50-60%的非周期重量，一般断路器己经无法使用。解决的方法之一是采纳昂贵的发电机专用断路器作为断路爱护，此方法的缺点是不限流，相关的电气设施仍旧要冒很大的被短路电流损坏的风险。方法之二实行发电机一变压器组死连接，二者之间用封闭母线的方式，以期避开相间短路的发生，此种接线方式的缺点是运行不敏捷，变压器高压侧断路器操作/动作频繁、寿命短，不便于检修等。方

10、法之三就是采纳FSR+一般断路器，此方法克服了上述两个方法的缺点。3.4 发电厂分支母线和厂高变的短路爱护发电厂分支母线和厂高变的短路爱护如图6所示，将限流器与一般断路器一起串联到发电厂厂用电分支回路上。此用法适用于大、中型水电厂及火力发电厂。故障点L分支母线厂高变发电机图6发电厂分支母线和厂高变的短路保护当发电厂分支母线发生短路、或厂高变的高压侧或低压侧发生短路时，从发电机和系统两方面同时向故障点供应短路电流，短路电流值比发电机出口短路时更大，考虑非周期重量后可达150200kA.尽管发电厂的厂高变采纳了高阻抗变压器及分裂绕组变压器，但是各大型发电厂的厂高变仍旧频频损坏。如装机容量1200M

11、VA的某发电厂运行十余年来其6台厂高变已经全部烧坏过一次，每次厂高变的事故都导致发电机停机，给发电厂和社会造成巨大的损失。装备限流器后，当发生灾难性短路时，由限流器快速切断短路电流，即可有效地防止厂高变的损坏.3.5地区火/水发电厂上网爱护地区火/水发电厂上网爱护如图7所示，某一个可以供应15kA短路电流的地区火/水电厂在上网后，使原先的断路器的短路开断力量不足。为此，在上网电厂的出口安装一台限流器,可不更换原先装备的断路器不用增容改造便可连续运行，节省了工程投资。结论大容量快速开关因其独有的快速牢靠的切断力量,使其可以在发电及配电系统大量推广应用，在供应先进的技术方案的同时，大大削减工程投资，具有很高的性能价格比。