WKD-FSR讲义.ppt

合肥凯高电气设备有限公司 大容量快速开关装置 WKD FSR 合肥凯高电气设备有限公司 WKD FSR大容量快速开关装置 技术交流 合肥凯高电气设备有限公司 开断能力 IK 80kA 不足 开断时间 80 120ms 长 冲击电流 ish 2 5IK 大 合肥凯高电气设备有限公司 开断时间长 冲击电流大 开断过程包括继电保护动作时间 30 40ms 断路器固有分闸时间 40 60ms 和燃弧时间 10 20ms 整个过程所需的开断时间为80 120ms 对于50Hz的电网 最大短路冲击电流出现在短路故障发生后的5 10ms 在故障被断路器切除之前 系统内的设备已经受到4 5次大电流的冲击 系统内设备的动稳定裕度须按最大短路冲击电流ish考虑 合肥凯高电气设备有限公司 断路器开断能力一般用开断容量描述 SK UeIK 装置额定电压 额定开断电流有效值 安装地点一旦确定 断路器的开断容量只受开断电流的影响 因此人们习惯上用额定短路开断电流 IK 来表述开断能力 目前国产真空断路器的开断电流仅能做到63kA 部分进口断路器可达到80kA 但价格不菲 问题的关键是发电厂的厂用电分支发生短路时 如图二 故障电流常常超过80kA 真空断路器已无法安全开断如此大的短路电流 常规思维 通过对断路器本身的技术改造来提高开断能力 改进空间有限 图二 合肥凯高电气设备有限公司 合肥凯高电气设备有限公司 由于电力系统含有大量的电感 电容储能元件 断路器在开断的过程中 储能元件储存的能量和电源注入的能量在断路器 断口 以电弧的形式转化成热能释放 如下图 热能做功将对灭弧室产生巨大的压力 故 开断 的本质是断口吸收消耗电弧能量的过程 开断过程中断路器断口须吸收的最大电弧能量为 W UeIKt UeIK 短路电流IK越大 开断时间t越长 灭弧室吸收的电弧能量越大 但断路器灭弧室所能承受的压力是有限的 且断路器机构的固有动作时间很难缩短 结果是断路器的开断容量不能做到很大 采用新的开断元件 高压限流熔断器FU 和新的吸能元件 氧化锌非线性电阻FR 发散思维 合肥凯高电气设备有限公司 合肥凯高电气设备有限公司 FUR简介 高压限流熔断器 FU 的特性 截流如图三所示 FU中流过短路电流时 在短路电流ik达到峰值 之前便已熔断截流 截流值ip仅为峰值的30 40 截流时间为1 2ms 此时断口须吸收的能量为 如采用断路器开断方式 假设开断时间为0 1S 则断口须吸收的能量为 采用高压限流熔断器开断故障时需断口吸收的能量远远低于断路器开断方式 但熔断器的外壳所能承受的压力有限 故熔断器的开断电流也受到限制 目前只能达到63kA 快速 1ms截流 3ms全开断 大容量 开断电流已能做到160kA t ms i kA ik 1 3 0 ip 63kA以上怎么办 将断口能量转移 另加吸能元件 采用氧化锌非线性电阻FR与熔断器FU并联 图四 FU熔断时产生弧压使FR导通 吸收电弧能量 氧化锌良好的非线性特性还可把开断过电压限制到较低水平 开断指标 合肥凯高电气设备有限公司 FUR的应用 FUR的重要特点 决定了FUR的应用场合 额定电流很小 短路电流很大且需要快速开断的场合 快速开断 3ms以内 额定电流小 500A 开断能力强 160kA 水电厂厂用电分支 图五 发电机励磁变高压侧 图六 图五 图六 合肥凯高电气设备有限公司 WKD FSR装置的原理 FUR的局限 额定电流 500A 如何突破额定电流小的制约 WKD FSR装置 达到的技术指标 额定电流 8kA开断电流 160kA开断时间 3ms左右 测控单元和CT FS载流桥体 FUR组件 CT 向测控单元提供电流信号 测控单元 根据电流瞬时值及其变化趋势判断故障是否发生 如发生短路故障则向FS发出分断命令 额定电流可做到8kA 正常工作时承载负荷电流 发生短路故障接到测控单元分断命令后在0 15ms之内分断 FS桥体分断后 延时0 5ms截断故障电流 3ms内使电流衰减到零 承担故障开断的任务 测控单元 图七 原理图 图八 标示图 合肥凯高电气设备有限公司 WKD FSR装置的可靠性 合肥凯高电气设备有限公司 WKD FSR装置的应用 与限流电抗器并联 最经济有效的限流方案 大型发电机出口厂用变分支 理想的大容量开断设备 与母联开关串联 短路时将并列母线快速解列 企业自备发电机出口 TRT 短路时发电机快速退出 合肥凯高电气设备有限公司 与限流电抗器并联 最经济有效的限流方案 限流电抗器的作用 限制短路电流 图九 图十 使重要负荷母线在短路时维持一定残压 图十一 限流电抗器运行带来的问题 产生大量的电能损耗 造成巨大的经济损失 产生压降导致电压波动加剧 尤其大型电动机启动时压降更严重 产生巨大的漏磁场 使金属架构 钢筋混凝土产生附加损耗和振动并对微机通讯系统造成严重干扰 发电机出口加装电抗器 由于发电机必须提高机端电压克服电抗器产生压降才能维持母线电压水平 危及机组绝缘和影响运行寿命 解决方案 在电抗器两端并联WKD FSR装置 正常工作时 负荷电流从FSR流过 发生短路故障时FSR在3ms内将限流电抗器串入主回路限制短路电流 此方案既避免了电抗器正常运行带来的系列问题 又可在短路后的数毫秒之内继电保护动作之前投入电抗器 限制短路电流到较低的水平 重要负荷 图九 合肥凯高电气设备有限公司 大型发电机出口及厂用变分支 理想的大容量开断设备 大型发电机出口和厂用变分支短路故障的特点 短路电流和冲击电流将达到额定工作电流的成百上千倍 短路能量 I2t 巨大 必须快速切除故障 而如此大的短路电流 已无法选到合适的真空断路器 即使勉强选到真空断路器 由于开断时间过长 系统内的主变 发电机等设备已经承受几个周波的大电流冲击 势必遭到损坏 解决方案 采用WKD FSR装置作为短路保护 由于WKD FSR装置的截流性和快速性使得短路时通过的I2t大大减小 且WKD FSR装置的开断能力 至少160kA 足以满足目前电网的开断要求 此种方案中WKD FSR与普通真空开关串联 真空开关仅承担正常投切功能 故真空开关开断电流不必选的很大 由WKD FSR承担短路快速开断的任务 合肥凯高电气设备有限公司 与母联开关串联 短路时将并列母线快速解列 变压器并列运行的好处和必要性 图十四 提高了供电可靠性 减少了正常运行和大型电机启动时的压降 有利于根据负荷情况决定变压器投入的台数 实现经济运行 变压器并列运行带来的问题 短路电流增大 原有断路器的开断能力不足 如全部更换 投资很大 原有出线继电保护动作时间需延时0 5S以与母联开关继电保护配合 由于短路电流增加 需重新校核系统内各种设备的动热稳定性 解决方案 采用WKD FSR装置作为短路时的母线解列装置 由于WKD FSR装置的动作快速性 3ms以内 故障线路继电保护动作之前便将母线解列 短路故障电流降到原有断路器能够可靠开断的水平 又因为WKD FSR装置在短路电流未达到峰值之前便已截流 截流值只有峰值电流的30 40 所以无需重新校验设备动热稳定 此种方案中WKD FSR与普通真空断路器串联 真空断路器仅需完成正常投切功能 短路快速开断由SHK FSR装置承担 合肥凯高电气设备有限公司 企业自备发电机出口 TRT 短路时发电机快速退出 企业自备机组并网的情况越来越多 图十五 一些水泥 钢铁 化工及冶金企业利用余热进行发电 充分利用能源 发展循环经济 实现节能减排 扩充原有系统的容量 提高供电质量 企业自备机组并网运行带来的问题 短路电流增大 原有断路器的开断能力不足 如全部更换 投资很大 由于短路电流增加 需重新校核系统内各种设备的动热稳定性 解决方案 采用WKD FSR装置作为短路开断元件 由于WKD FSR装置的动作快速性 3ms以内 故障线路继电保护动作之前便将自备机组退出 短路故障电流降到原有断路器能够可靠开断的水平