大容量高速开关装置的应用

1、大容量高速开关装置的应用 Application of High Capacity and High Speed Switchgears靳波，邵富平（河北马头发电有限责任公司，河北邯郸056044） 摘要：根据部分电厂高压开关开断容量不足的情况，介绍了其替代产品大容量高速开关装置的原理、特点与实际应用情况，并介绍了各项参数选择的原则。关键词：大容量高速开关；参数选择；应用；遮断容量 Abstract：In some power plants, there exist high voltage circuit breakers with insufficient interrupting cap

2、acity. This paper introduces the work principle, features and application of high capacity and high speed circuit breaker to replace the undercapacity ones. The parameter selection principle is also introduced.Keywords：high capacity and high speed circuit breaker；parameter selection；application；inte

3、rrupting capacity 1问题的提出某厂厂用变高压侧开关为SN410G型，最大开断电流58 kA，一次系统接线方式见图1。 随着系统容量的增大，厂变高压母线或套管附近（图中K点）发生三相短路时存在下列问题：a. 厂变高压侧开关遮断容量不足，不能开断短路电流。目前，6 kV真空断路器最大开断电流为80 kA左右，因此，增大开关容量也不能解决现有问题。b. 利用主变或发电机出口断路器切断高压厂变系统的短路电流，因断路器的开断时间长（80140 ms），会对主变及发电机产生故障冲击，危害主设备安全。因厂用电系统故障将引起主变压器停运，对系统方式影响较大。 2解决方案针对上述问题，国外（如

4、ABB公司、Siemens公司）开发出基于高温超导材料的超导故障限流器（HTSFCL），动作时间仅为几毫秒。但由于价格昂贵，应用量很少。目前，国内开发研制出了采用爆炸式快速开断载流桥体与高压限流熔断器、高吸能氧化锌电阻相组合的新型大容量高速开关装置（FSR），由于该装置具有额定电流大（12 kA）、断流能力强（160 kA）、开断速度快（3 ms内切断故障）等卓越性能，因此已在多家单位实际应用，运行良好。 3FSR工作原理及特点3.1组成FSR主要由载流桥体FS、高压限流熔断器FU、非线性电阻FR及测控单元组成，如图2所示。 3.2装置原理 FS与FU阻抗相比为12 000。因此正常运行时工作

5、电流经FS流过。系统发生故障短路时，接到测控单元的分断命令后，FS在0.15 ms之内爆破断开，电流转移至FU。FS断开后全部短路电流转移到FU，使FU在0.5 ms内熔断，并产生足够的弧压。FU断开时产生的弧压使其导通，吸收FU开断后产生的电弧能量及电源注入的能量，使FU顺利熄弧，并把断开时的过电压限制在允许的2.5倍相电压范围内。检测电流和电流变化率，当电流幅值和电流变化率同时超过定值时，判断为短路发生，并采用3个相同的独立工作的测控部件，以“三取二”动作方式做出判断，向FS发出分断信号。3.3装置特点a. 由于FSR的限流性，设备不再遭受短路电流的冲击，延长了发电机、主变等设备的使用寿命

6、，大大提高了系统设备在动稳定与热稳定方面的安全裕度。b. FSR的快速性，使故障切除的时间大大缩短（小于3 ms），更能有效地保护设备。大量的研究结果表明，只有在20 ms内切除故障，才能避免主变、发电机等设备的损坏，并避免主变、发电机停运。c. FSR限制了开断过电压，使开断过程中产生的过电压限制在设备允许的范围内。d. 对较小的短路电流，由和FSR串联的断路器开断。对较大的短路电流，在FSR动作的同时，断路器也动作，但由于其动作时间长，因此在FSR开断、截流约80 ms后才动作，断路器开断时，线路中已无电流流过，提高了断路器的使用寿命。由于FSR动作快，在短路电流上升的起始阶段就已被截流，

7、可使最大短路冲击电流及与系统热稳定有关的I2 t大大降低，使系统的动稳定和热稳定裕度大大提高。 4FSR参数选择4.1选择原理 FSR的电流波形见图3。4.2选择原则下面以某厂实际应用为例，说明FSR装置各参数的选择原则。某厂机组一次系统接线图(K点3相短路Ik119 kA)和FSR安装位置见图1、图2，其参数的选择应遵照如下原则。额定运行电流按照设备安装处系统的额定电流并考虑一定的裕度。动作电流高压厂变开关为SN410G型，其开断电流为58 kA，为保护高压厂变开关，选取FSR动作电流为高压厂变开关开断电流的50%，此为厂家提供的经验值。启动电流a. FSR启动电流应能躲过厂用变压器允许的短

8、时过载电流。b.系统最大运行方式下，高压厂变高压侧短路电流Ik流过FSR时，装置的运算时间t0sin-1FSR的启动电流应选取上述两者中的较大值。电流变化率FSR的动作电流波形如图3中的曲线4所示，由于动作电流为FSR电流变化率的整定值为此曲线在第1个1/4波形区间电流值的斜率。动作条件FSR的动作取决于启动值ilimit(见图3中的曲线3)、电流变化率di/dt(见图3中的曲线5)，只有在两者同时超过整定值时，FSR才会动作。截流时间和截止电流最大运行方式下流过FSR的三相短路电流： 可见，由于截流时间短，截流值小，短路电流对10 kV系统中发电机、主变等设备的冲击将大大减小。的参数由Ik=119 kA和ip=48.93 kA查得FU的额定电流应取：In =250 A。的参数 取FR的1mA电压=24.65 kV，以保证发电机、变压器不受高电压的冲击。截止电流转移到FR后衰减到零的时间是