談開關(guān)消除電抗器中串聯(lián)電抗器的漏磁通 摘 要：利用大容量高速開關(guān)裝置，在正常運(yùn)行時(shí)將串聯(lián)電抗器短接，消除電抗器漏磁通對(duì)其周圍的金屬產(chǎn)生的渦流發(fā)熱；在發(fā)生短路情況下該裝置快速斷開，重新將電抗器投入，限制短路電流。
關(guān)鍵詞：漏磁通；電抗器；串聯(lián)電抗器；短路電流；渦流發(fā)熱；
一、前言
眾所周知，電力系統(tǒng)中，串聯(lián)電抗器主要作用是當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，利用其電感特性，限制系統(tǒng)短路電流。這樣可以降低短路電流對(duì)系統(tǒng)的沖擊，同時(shí)降低斷路器的額定開斷容量，節(jié)省投資費(fèi)用；但使用串聯(lián)電抗器后，會(huì)發(fā)生很強(qiáng)的漏磁通，對(duì)周圍供電設(shè)備、建筑物以及通訊設(shè)施都會(huì)產(chǎn)生較大的影響，甚至造成設(shè)備異常。如何消除和屏蔽串聯(lián)電抗器產(chǎn)生的漏磁通，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中所面臨的一個(gè)非常重要的問題。
二、電抗器中串聯(lián)電抗器漏磁通問題的分析與提出
110變電站是我廠的總降壓變電所，ll0kV系統(tǒng)為雙回路供電，采用內(nèi)橋接線，50MVA的主變壓器(110kV/6.3kV)兩臺(tái)，在每臺(tái)變壓器的6kV側(cè)，串有兩臺(tái)電抗器分別給兩段6kV母線供電，6kV系統(tǒng)采用單母線四分段開環(huán)式接線，該變電站供電系統(tǒng)主接線圖見圖1。
在該變電站投運(yùn)交接驗(yàn)收過程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)每段6kV進(jìn)線斷路器負(fù)荷達(dá)到其額定容量的70％時(shí)，進(jìn)線柜背板和側(cè)板出現(xiàn)溫度升高的現(xiàn)象，當(dāng)環(huán)境溫度為25℃時(shí)，溫升△T達(dá)到35K，超出了國家溫升標(biāo)準(zhǔn)30K的要求范圍。此外，電抗器與進(jìn)線柜之間的圍欄的連接鋁板發(fā)熱也比較厲害，將鋁板拆掉，用導(dǎo)線連接后，測(cè)量電流可達(dá)68A以上。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度比較大，超出了正常水平。經(jīng)綜合分析，認(rèn)為主要是由于串聯(lián)電抗器的漏磁通過大，而電抗器與進(jìn)線柜距離較近(電抗器和6kV開關(guān)柜安裝在同一配電室內(nèi))，在進(jìn)線柜背板和側(cè)板上形成渦流，致使6kV進(jìn)線柜發(fā)熱。由于110變電站已經(jīng)建成投運(yùn)，電抗器安裝位置也無法調(diào)整，所以消除串聯(lián)電抗器的漏磁通成為解決6kY進(jìn)線柜發(fā)熱問題的關(guān)鍵。
三、電抗器中串聯(lián)電抗器漏磁通問題的解決
1. 解決思路
為了解決這個(gè)問題，經(jīng)過技術(shù)咨詢和考察，發(fā)現(xiàn)利用國內(nèi)一種大容量高速開關(guān)裝置(簡稱FSR裝置)可消除串聯(lián)電抗器的漏磁通影響。具體解決辦法是將FSR裝置并聯(lián)在電抗器兩端，如圖2。
正常運(yùn)行時(shí)，串聯(lián)電抗器被FSR短接，進(jìn)線負(fù)荷電流基本上全部從FSR裝置中流過，使串聯(lián)電抗器不流過電流，從而可消除電抗器漏磁通的產(chǎn)生，進(jìn)而徹底解決進(jìn)線柜發(fā)熱的問題。6kV系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，F(xiàn)SR裝置快速分?jǐn)啵瑢⒋?lián)電抗器投入主回路中限制短路電流，而短路故障仍由故障處斷路器開斷。
2.FSR裝置的工作原理
該裝置主要由橋體FS、熔斷器FU、非線性電阻FR及測(cè)控單元等組成，簡稱FSR，如圖3。
(1)橋體FS：因FS電阻為uΩ級(jí)，而熔斷器FU電阻為mΩ級(jí)，故正常時(shí)工作電流經(jīng)橋體流過，短路時(shí)接到測(cè)控單元的分?jǐn)嗝詈螅?.15ms之內(nèi)爆破斷開，電流轉(zhuǎn)移到熔斷器FU。
(2)熔斷器FU：FS斷開后，全部短路電流轉(zhuǎn)移到熔斷器，在0.5ms以內(nèi)熔斷器熔斷，并產(chǎn)生足夠的弧壓。
(3)非線性電阻FR：熔斷器熔斷時(shí)產(chǎn)生的弧壓使其導(dǎo)通，吸收電感中存在的磁能及電源注入的能量，使熔斷器順利熄弧，同時(shí)把開斷時(shí)的過電壓限制在2.5倍的額定相電壓之內(nèi)。
(4)測(cè)控單元：檢測(cè)電流和電流變化率，當(dāng)電流幅值和電流變化率同時(shí)超過整定值時(shí)，判斷為短路發(fā)生，采用三個(gè)相同的獨(dú)立工作的CPU部件，以“三取二”表決方式判斷，向橋體發(fā)出分?jǐn)嗝睢?/P>
3. FSR裝置的特點(diǎn)
(1)載流量大：目前國內(nèi)真空斷路器額定電流只能做到4kA，而FSR裝置最大額定電流可做到12kA，完全可滿足目前電力系統(tǒng)的需要。
(2)開斷速度快：短路電流在1ms以內(nèi)被截流，3ms之內(nèi)衰減為零，故障被完全切除。與傳統(tǒng)的斷路器繼電保護(hù)方式相比，短路故障切除速度提高20倍以上。
(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：目前可做到240kA，足以滿足一般情況下切斷短路電流的需要。
(5)靈敏度更高：故障時(shí)電流變化率增加明顯，該裝置引入了電流變化率作判據(jù)，靈敏度更高。
4.FSR裝置動(dòng)作電流整定原則
(1)當(dāng)初在6kV母線進(jìn)線處設(shè)計(jì)串聯(lián)電抗器，其目的是降低6kV系統(tǒng)三相短路電流。發(fā)生三相短路故障時(shí)，電抗器應(yīng)可靠投入，從而要求FSR裝置在短路電流上升的初始階段應(yīng)可靠斷開，故FSR動(dòng)作值應(yīng)取90％的三相短路電流值。
(2)其它負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)躲過最大配電變壓器空載合閘電流，并取1.3倍的可靠系數(shù)。
(3)其它負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)躲過最大電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，也取1.3倍的可靠系數(shù)。
綜合以上三種情況，選擇最大電流做為FSR裝置的動(dòng)作電流
5.應(yīng)用實(shí)踐
2013年5月17日，我廠110變電站分散安裝的12臺(tái)FSR裝置全部送電成功，消除串聯(lián)電抗器漏磁通產(chǎn)生的問題比較明顯。2013年6月19日，我廠6kV系統(tǒng)發(fā)生了電纜短路故障，1#電抗器并聯(lián)的FSR裝置準(zhǔn)確動(dòng)作，并將1#電抗器安全可靠地串入主回路中,保證了該變電站供電系統(tǒng)正常運(yùn)行。
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四、結(jié)束語
采用FSR裝置與限流電抗器并聯(lián)的先進(jìn)技術(shù)方案后，不但解決了串聯(lián)電抗器為了限制系統(tǒng)短路電流而帶來的電能損耗、系統(tǒng)電壓波動(dòng)加劇、強(qiáng)大的漏磁場(chǎng)對(duì)變電站內(nèi)的金屬構(gòu)件產(chǎn)生的渦流發(fā)熱、影響混凝土基礎(chǔ)和廠房壽命、使通訊系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)受到嚴(yán)重干擾以及對(duì)人身心健康造成很大危害等一系列突出問題，而且還保留了串聯(lián)電抗器限制短路電流的功能。 |
