限流电抗器与可恢复式大容量高速开关装置的组合应用

第３４卷第５期　２０１４年１Ｏ月　江　西　冶　金　Ｖｏ１．３４，Ｎｏ．５　０ｃｔｏｂｅｒ　２０１４　ＪＩＡＮＧＸＩ　ＭＥ　ＩＩＡＬＬＵＲＧＹ　文章编号：１００６－２７７７（２０１４）０５－００３５－０３　限流电抗器与可恢复式大容量高速开关装置的组合应用　邬自健，唐剀　３３８００１）　（新余钢铁集团有限公司，江西新余摘　要：　针对串联限流电抗器在运行中存在耗能及影响系统稳定等问题，将电抗器与大容量高速开关组合成新　的装置，该装置能在系统短路后７～１５　ｍｓ内切断电流，同时还具有开断能力强、使用寿命长、动作可靠性高、动作分散度小、合　闸无反弹等特点。　关　键　词：　限流电抗器；可恢复式大容量高速开关；短路故障；电路优化　中图分类号：ＴＭ４７１　文献标志码：　Ｃ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｌｉｍｉｔｉｎｇ　Ｒｅａｃｔｏｒ　ａｎｄ　Ｒｅｃｏｖｅｒａｂｌｅ　Ｔｙｐｅ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ——ｃａｐａｃｉｔｙ　Ｈｉｇｈ——ｓｐｅｅｄ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｗｕ　Ｚｉｊｉａｎ，Ｔａｎｇ　Ｋａｉ　（Ｘｉｎｙｕ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉｎｙｕ　３３８００１　Ｊｉａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｎｓｔａｂｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｉｍｉｔｉｎｇ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｉｎ　ｓｅｒｉｅｓ．ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｏｒ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｓｗｉｔｃｈ　ａｒｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ａ　ｎｅｗ　ｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｃａｎ　ｃｕｔ　ｏｆｆ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｗｉｔｈｉｎ　７～ｌ５　ｍｓ　ｗｈｅｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｃｃｕｒ，ａｎｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ　ｉｔ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ａｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｎｇ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ，ｈｉｇｈ　ｒｅｌｉａｂｉ！ｉｔｙ，　ｓｍａｌｌ　ａｃｔｉｏｎ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ｃｌｏｓｉｎｇ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｒｅｂｏｕｎｄ，ｅｔｃ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｉｍｉｔｉｎｇ　ｒｅａｃｔｏｒ；ｒｅｃｏｖｅｒａｂｌｅ　ｔｙｐｅ　ｈｉｇｈ—ｃａｐａｃｉｔｙ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｓｗｉｔｃｈ；ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｆａｕｌｔ；ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｐｔｉｍｉ－　让电抗器在系统短路时发挥应有的作用，对电路进　０概述　限流电抗器串联于电路中是利用其电感特性阻　止和限制电路的运行参数发生急剧变化，用于保护　线路和设备。为避免新钢２×９０　ｔ／ｈ干熄焦发电站　系统短路时电流对开关设备、发电设备及线路的冲　击和损坏，安装了串联电抗器。该电抗器长期串联　于发电机出线端，仅在外部电路有短路故障发生时　才起作用，其他时间不仅不起作用而且存在诸多不　利影响。为了去除电抗器带来的不利影响，同时又　行了优化，即在电抗器两端并联一台可恢复式大容　量高速开关。当系统某处发生短路时电抗器能够迅　速地投入运行，以限制该短路电流和系统短路电流　叠加后超过开关设备的额定开断能力，从而保护　设备。　１　电抗器串联于电路中的不利影响　１）限流电抗器长期串联在电路中，自身会消耗　收稿日期：２０１３—０６—１４　作者简介：邬自健（１９７３一），男，江西新余人，工程师，主要从事电气技术管理工作。　江西冶金　２０１４年１０月　电能。　２）当网络中大型设备启动时，电抗器会产生较　大压降，不利于网络其他设备的安全稳定运行。　３）工况运行时，电抗器线圈发热较严重，使处于　密闭环境的电抗器温度升高，从而影响电抗器的使　用寿命。　４）系统受到大扰动时电压波动大，给发电机励　磁电压调节造成压力，影响系统的稳定性。　５）电抗器所形成的强大磁场导致建筑物内部及　周边的封闭金属导体形成环流，对弱电信号造成　干扰。　６）电抗器串人系统后形成压降，导致发电机必　须抬高机端电压，影响发电机使用寿命。　２可恢复式大容量高速开关的使用　为了发挥电抗器的作用同时又避免其带来不利　影响，在电抗器的线圈两端头并联一个开关，将电抗　器进行短接。当系统正常运行时，电抗器中无电流　通过，相当于退出状态，不会形成压降；当系统存在　短路故障时，并联的开关快速地分断，电抗器立即投　一乩　　一一　人运行以限制短路电流剧增。　２．１工作原理　电力系统发生短路故障时，短路电流一般为　发电机额定电流的十几倍，有时达到几十倍，短　路冲击电流甚至超过百倍，这会给发电机、变压　ｗ　器、断路器、输电线路等电气设备带来很大危害。ｆ　　目前较好的断路器的开断时间也需数十毫秒，这　～　一Ｔ几　一　就对断路器的热稳定性和动态稳定性提出了较　高的要求。可恢复式大容量高速开关装置　（ＨＹＤＲ）是大容量高速开关装置（ＦＳＲ）的升级换　代产品，它具有ＦＳＲ的基本功能，同时又有可重　复使用性，不需要像ＦＳＲ型开关一样每发生一次　一　一　短路故障就必须更换爆炸桥体和熔断器，而更换　这些备件一般需要３　ｈ，不仅影响发电机的运行，　同时还得花费数万元的备件费用。　新钢２×９０　ｔ／ｈ干熄焦发电系统选用的可恢复式　大容量高速开关装置型号为ＨＹＤＲ一２０００Ａ／１０　ｋＶ，　该装置通过专用不饱和ＣＴ监视系统电流。当短路　电流大于设定的电流幅值和电流变化率时，高速双　核ＤＳＰ通过专用算法快速、精确地预测出三相电流　过零点的精确时间，并在每相电流过零之前发出信　号，确保真空室燃弧时间最短。快速断路器在电流　过零点时三相分别准确分闸，切断短路电流。大容　量自脱离过电压保护器将开关操作过电压限制在　２．５倍额定相电压以内，保证系统绝缘的安全。短　路故障排除后，立即给装置发出合闸命令，系统即可　恢复正常运行。　可恢复式大容量高速开关装置（ＨＹＤＲ）在新钢　２　ｘ９０　ｔ／ｈ干熄焦发电系统的局部电网大型设备中　的一次主线结构示意图见图１。　图１　局部电网大型设备的一次主线结构示意图　２．２工作特点　２．２．１动作速度快　短路保护装置的动作时间由三部分组成：监控单　元数据采样、计算分析、发出命令时间，断路器固有分　闸时间，燃弧时间。一般的微机保护采样需要一个周　波２０　ｍｓ，快速Ｆ丌计算及发出命令需３０　ｍｓ，普通断　路器固有分闸需５０　ｍｓ，开断后的燃弧时问最不利时　需要１５　ｍｓ，因此一般微机保护加真空断路器的保护　模式需要１００　ｍｓ方能切断短路电流。长时间的短　路电流对变压器、母线、开关将产生巨大的冲击力，　对系统的动、热稳定有着极高的要求。　可恢复式大容量高速开关装置（ＨＹＤＲ）使用高　速涡流驱动开关，能在５　ｍｓ内分闸，１０　ｍｓ内合闸，　同时测控单元使用高精度、高速数模转换器，不断对　系统电流进行检测，当电流幅值和电流变化率同时　大于设定值时，通过高速双核ＤＳＰ技术和专用算法　在２　ｍｓ内计算短路电流及电流过零点的精确时刻，　并在过零点之前发出动作信号，驱动真空开关在过　零点之前切断电路，确保燃弧时间最短，因此能在７　—１５　ｍｓ内切断短路电流。　２．２．２开断能力强　可恢复式大容量高速开关装置（ＨＹＤＲ）的进口　断路器为三相独立设计，分别动作，利用对触头刚分　时间的合理控制，确保各相动作均为过零时开断，大　大增加了灭弧室的开断余量，短路开断能力可轻松　达到６３　ｋＡ。　第３４卷第５期　邬自健，唐剀：限流电抗器与可恢复式大容量高速开关装置的组合应用　・３７・　２．２．３使用寿命长　该装置的进口开关使用高速涡流驱动机构，比　普通断路器所使用的弹簧操作机构的运动部件减少　了６０％，且使用简单的直线运动，没有复杂的传动　机构，磨损小，机械寿命及可靠性大大提高。同时，　该装置系过零点开断，燃弧期间的燃烧量不到普通　断路器的２０％，触头烧灼小，可在短路电流下动作　８０—１２０次。　Ｗ２５—２，额定功率为２５　ＭＷ，额定电压为１０　５００　Ｖ，　额定电流为１　７１８．３　Ａ，功率因素为０．８，额定转速为　３　０００　ｒ／ｍｉｎ，效率为０．９７８。串联的空心限流电抗器　技术参数如下：型号为ＸＸＫ一１０—２０００—１２，额定　容量为１　３８６　ｋＶＡ，额定电压为１０　ｋＶ，额定电流　为２　０００　Ａ，单相工频损耗１５．１　ｋＷ。由于电抗器串　联在发电机馈出线路中，系统正常运行时电抗器长　时间流过负载电流，必然产生电能损耗。查电抗器　２．２．４动作可靠　手册可知该电抗器单相有功损耗为１５．１　ｋＷ，按发　该装置的核心部件即使在强电磁干扰环境下仍　电机年运行８　０００　ｈ、电价为０．６８　ｋＷ・ｈ计算，　能可靠运行，同时电子控制器带有实时自检功能，能　则电抗器的三相有功电能损耗为：　始终可靠运行。该装置还配备了微机综合保护装　３×１５．１×８　０００＝３６．２４（万ｋＷ・ｈ）　置，具有过电流、缺相、零序和短路的后加速保护等　年可节省电费：　普通综合保护的全部功能。　３６．２４×０．６８—２４．６５（万元）　２．２．５动作分散度小　３．２社会效益　由于大幅度缩短了合闸时间并配置了直接驱动　减少了电抗器强大的漏磁场对环境的污染，有　的高速涡流驱动机构，合闸分散度可以控制在０．１　效控制了短路故障电流对设备的损伤，节约了生产　ｍｓ以内。　成本和能源的消耗，提高了电网运行的可靠性。　２．２．６合闸无反弹　根据现场情况，加装了防触头装置，确保合闸无　４结束语　反弹。　限流电抗器与可恢复式大容量高速开关装置的　３使用效果　组合应用，避免了发电系统正常运行中串人电抗器　带来的电压降、电能损耗和漏磁场等问题，提高了工　３．１直接经济效益　厂用电系统的功率因数和电能质量，有利于系统的　新钢２×９０　ｔ／ｈ干熄焦发电机的型号为ＱＦ一　安全节能运行。　（上接第３２页）　４结论　［　参考文献］　检测带钢边裂及孔洞等缺陷的算法运用了计算　［１］　吴桂芳．冷轧带钢表面质量在线监测关键技术的研究　机视觉技术，分析带钢图像的轮廓，然后运用向量运　［Ｄ］．北京科技大学博士论文，２００６：５５—６５．　算判断带钢轮廓是否包含边裂及孔洞等缺陷。该算　［２］　Ｎ．Ｏｔｓｕ．Ａ　Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｒｏｍ　Ｇｒａｙ—Ｌｅｖｅｌ　法原理简单、易于实现、计算量小，能够有效地检测　Ｈｉｓｔｏｇｒａｍ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎＳｙｓｔｅｍ，Ｍａｎ　ａｎｄ　Ｃｙｂｅｍｅｔ—　出带钢图像中的边裂和孔洞缺陷，满足实时生产的　ｉｃｓ．１９７９，ＳＭＣ一９（１）：６２～６６．　需要，对提高生产效率和产品质量具有重要的意义。　［３］　Ｒｏｂｅｒｔ　Ｌａｇａｎｉｅｒｅ．ＯｐｅｎＣＶ２计算机视觉编程手册［Ｍ］．　北京：科学出版社，２０１３．