大容量高速开关装置2.doc

大容量高速开关装置FSR在供电系统中的应用 摘要：文章主要介绍了大容量高高速开关FSR装置的原理、特点以及在实际应用中参数的选定。并以实际应用为例说明了采用FSR可以大大提高整个供电系统的可靠性。 关键词：电抗器；高压断路器；大容量高速开关装置（FSR） 1 前言 许多企业的供电系统经过扩建增容以后，供电能力得到了增强。但由于系统扩容，系统内部出现断路器开端能力不足的问题。以某厂110kV变电所为例，主变6kV侧母线在最大运行方式和最小运行方式下短路电流分别为37kA和30kA，在选择高压断路器时就要考虑选取断流能力为40kA甚至50kA，往往很不经济。为此需要采用串联电抗器的方法来限制短路电流。 目前大多数应用中的高压电抗器为干式铁芯电抗器，从运行情况看，存在的主要问题是：（1）热稳定性差，长时间投入运行，容易发热，容易造成隐患；（2）电抗器长期串联在供电系统中，因其阻抗大，将产生巨大的电能损耗；（3）较大电机启动时，电抗器上的压降加剧，将影响其他负荷的正常运行；（4）正常运行时在电抗器上产生的压降随负荷变化，给调节电压质量造成困难；（5）电抗器的涡流损耗致使电抗器支柱发热，严重影响其安全稳定运行；（6）电抗器强大的漏磁场，将使周围的金属构架、钢筋混凝土产生附加损耗和振动，影响混凝土基础和厂房寿命。 2 某公司110kV供电系统存在的问题 某公司110kV专用变电所系统一次主接线如图1所示 图 1 2.1 系统参数和短路电流分析 系统阻抗图如图2所示 图2 基准参数选取S B =100MVA，U B =6.3kV，I B =9.16kA，以6kV母线为短路电流计算点d1。 2.1.1主变低压侧串联高压电抗器的情况 在最大运行方式下 电抗标幺值X*max =0.58489 Idmax＝I j÷X*＝9.16÷0.58489＝15.67（kA）； 在最小运行方式下 电抗标幺值X*max =0.674 Idmax＝I j÷X*＝9.16÷0.674＝13.6（kA）； 2.1.2主变低压侧不串联高压电抗器的情况 在最大运行方式下 电抗标幺值X*max =0.323176 Idmax＝I j÷X*＝9.16÷0.323176＝28.34（kA）； 在最小运行方式下 电抗标幺值X*max =0.4123 Idmax＝I j÷X*＝9.16÷0.4123＝22.22（kA）； 由于6kV母线侧在无电抗器限流的作用下短路电流最大可达28.34kA，对于出现断路器的选型及开断能力都施加了压力，既不能保证经济性，又不能保障可靠性，所以在主变6kV出线侧串入高压电抗器是必须的。 2.2 串入电抗器后存在的问题 2.2.1 设备长期运行的不经济性 本系统采用的电抗器主要参数为：额定电流IN＝4kA ；电抗百分数Xk％＝12％ ；额定电压UN＝6kV。通过查阅电抗器手册，额定电压6kV、额定电流4000A、电抗率为12%的电抗器，其单相有功损耗为14kw，单相无功损耗为11kw，年运行时间按照8000小时、电费按照0.5元/kwh计算，则 单台电抗器每年电能消耗费用支出=3*（14+11）*8000*0.5=30万元 两台电抗器每年电能消耗费用支出=2*30=60万元。 从上面的计算可知，电抗器长期投入运行的经济损失是不容忽视的，如果采取切实可行的措施减少之，将给企业带来可观的经济效益。 2.2.2 空心电抗器的强大的漏磁场对混凝土构架的影响及对通讯的干扰 楼板或基础混凝土中的钢筋在强大的漏磁场作用下，产生附加损耗，而且在长期的震动下将使混凝土变的松软，影响混凝土的基础和厂房的寿命。强大的漏磁场将使通讯系统及计算机监控系统受到严重干扰，甚至无法正常工作。 2.2.3电抗器的涡流损耗致使电抗器支柱发热，严重影响其安全稳定运行。 3 解决问题方案及采用FSR的优点 3.1 问题的解决方案 针对此供电系统的实际情况，在6kV电抗器的两端增加大容量高速开关装置FSR与其并联，如图3所示。 图3 正常运行时，FSR将电抗器短路，负荷电流全部从FSR流过，当发生短路故障时，FSR快速断开，将电抗器投入运行，不但解决了出线断路器断流容量不够的问题，而且还可以从根本上避免长时间使用电抗器带来的电压波动、电能损耗和漏磁场等问题，从而大大提高了供电质量，并保证了供电的连续性和可靠性。 3.2 大容量高速开关装置FSR 图3 FSR结构图 FSR结构简图如图4所示，它由桥体FS、熔断器FU、非线性电阻FR和测控单元组成，简称FSR。测控单元的作用是定期检测电流和电流变化率，故障出现时向桥体发出分断命令；FS的作用是正常时流过工作电流，故障出现并接到测控单元分断命令时在0.15ms内断开；FU的作用是限流截流，桥体断开后短路电流经过FU，使其在0.5ms内熔断，