限流電抗器在應(yīng)用中存在問(wèn)題及解決對(duì)策

1、限流電抗器在應(yīng)用中存在冋題及解決對(duì)策魯成進(jìn)山東恒通化工股份有限公司熱電廠摘要利用大容量高速開(kāi)關(guān)裝置，在正常運(yùn)行時(shí)限流電抗器短接，消除電抗器產(chǎn)生的電能損耗，實(shí) 現(xiàn)節(jié)能降耗；消除電抗器產(chǎn)生的電壓降，提高電壓質(zhì)量；提高系統(tǒng)功率因數(shù)。在發(fā)生短路情況下該裝置快速斷開(kāi)，重新將電抗器投入，限制短路電流.提高母線殘壓。關(guān)鍵詞大容量高速開(kāi)關(guān)；節(jié)能降耗；限流電抗器；短路電流字體：大 中小已閱讀699次 我要打印IE收藏文章分頁(yè)：E1前言在電力系統(tǒng)中，限流電抗器主要作用是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，利用其電感特性，限制系 統(tǒng)的短路電流，降低短路電流對(duì)系統(tǒng)的沖擊，同時(shí)降低斷路器選擇的額定開(kāi)斷容量，節(jié)省投資費(fèi)用， 同時(shí)提

2、高系統(tǒng)的殘壓。但使用限流電抗器后，會(huì)存在很大的電能損耗，系統(tǒng)有大的波動(dòng)時(shí)如啟動(dòng)大容 量電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生大的電壓降影響其它設(shè)備正常運(yùn)行，使發(fā)電機(jī)調(diào)壓困難影響系統(tǒng)穩(wěn)定。同時(shí)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。如何消除電抗器產(chǎn)生的影響， 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(wèn)題。2問(wèn)題的提岀恒通化工熱電廠現(xiàn)有三臺(tái) 60MW發(fā)電機(jī)，三臺(tái)15MW發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量22.5萬(wàn)KW年發(fā)電量12. 7億度。廠用電采用6KV供電，由發(fā)電機(jī)出口直接供給。為限制短路電流而串接限流電抗器給兩段6KV母線供電，6KV系統(tǒng)采用單母線分段式接線，廠用電系統(tǒng)主接線（以 4井發(fā)變組為

3、例）見(jiàn)圖1。廠用6kvII段電抗器選用的參數(shù)如下型號(hào)額定電壓額定電流電抗率單相無(wú)功額定電感XKGKL-10-2000-810KV2000A8 %924KVar0.7351mH在運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題2.1當(dāng)啟動(dòng)大容量電動(dòng)機(jī)如給水泵時(shí)，6kv母線電壓降低到80%左右影響其它電機(jī)及用戶正常使用。曾經(jīng)岀現(xiàn)過(guò)兩臺(tái)給水泵同時(shí)啟動(dòng)時(shí)電抗器后備保護(hù)動(dòng)作跳閘的事故，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn) 定運(yùn)行。22當(dāng)電抗器運(yùn)行在額定電流 70%左右時(shí)，電抗器線圈發(fā)熱嚴(yán)重，岀現(xiàn)繞組過(guò)熱變色現(xiàn)象。2.3電抗器長(zhǎng)期串聯(lián)在系統(tǒng)中本身消耗巨大無(wú)功及有功，導(dǎo)致運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)2.4系統(tǒng)受到大擾動(dòng)時(shí)電壓波動(dòng)大，給發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)造成困難，影響

4、系統(tǒng)穩(wěn)定3問(wèn)題的解決對(duì)策3.1解決思路為了解決這個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)技術(shù)咨詢和考察，發(fā)現(xiàn)利用國(guó)內(nèi)一種大容量高速開(kāi)關(guān)裝置（簡(jiǎn)稱FSR裝置）可消除電抗器產(chǎn)生的影響。具體解決辦法是將FSR裝置并聯(lián)在電抗器兩端，如圖2。圖2正常運(yùn)行時(shí)，高速開(kāi)關(guān)裝置（FSR將電抗器短接，由于FSR阻抗約為0.1mQ （其中直流電阻約20g Q ），而電抗器阻抗一般在 0.150.9 Q （即150 mQ900 m Q ）之間，所以正常運(yùn)行時(shí)電抗 器被FSR短接而不起作用電流流經(jīng)高速開(kāi)關(guān)裝置，當(dāng)廠用6KV母線及以下出現(xiàn)短路故障時(shí)，高速開(kāi)關(guān)快速熔斷，將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(kāi)斷。3.2 FSR裝

5、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(jiǎn)稱 FSR FS與FU阻抗 相比為1 : 2 000。因此正常運(yùn)行時(shí)工作電流經(jīng)FS流過(guò)。系統(tǒng)發(fā)生故障短路時(shí)，接到測(cè)控單元的分?jǐn)嗝詈螅現(xiàn)S在0.15 ms之內(nèi)爆破斷開(kāi)，電流轉(zhuǎn)移至FUo FS斷開(kāi)后全部短路電流轉(zhuǎn)移到 FU,使FU在0. 5 ms內(nèi)熔斷，并產(chǎn)生足夠的弧壓。FU斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的弧壓使其導(dǎo)通，吸收FU開(kāi)斷后產(chǎn)生的電弧能量及電源注入的能量，使 FU順利熄弧，并把斷開(kāi)時(shí)的過(guò)電壓限制在允許的2.5倍相電壓范圍內(nèi)。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(guò)定值時(shí)，判斷為短路發(fā)生，并采用3個(gè)相同的獨(dú)立工作的測(cè)控

6、部件，以“三取二”動(dòng)作方式做出判斷，向FS發(fā)出分?jǐn)嘈盘?hào)。如圖 3圖3橋體FS:因FS電阻為uQ級(jí)，而熔斷器FU電阻為級(jí)，故正常時(shí)工作電流經(jīng)橋體流過(guò)，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(kāi)，電流轉(zhuǎn)移到熔斷器FU。熔斷器FU: FS斷開(kāi)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。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(kāi)斷時(shí)的過(guò)電壓限制在2.5倍的額定相電壓之內(nèi)。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(guò)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

7、CPU部件，以“三取二”表決方式判斷，向橋體發(fā)出分?jǐn)嗝睢?.3 FSR裝置的特點(diǎn)3.3.1載流量大：目前國(guó)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。3.3.2開(kāi)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。3.3.3開(kāi)斷過(guò)程中無(wú)危害性過(guò)電壓：氧化鋅良好的非線性特性，可將開(kāi)斷過(guò)電壓限制在 2.5倍的 額定相電壓以內(nèi)。3.3.4開(kāi)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。3.3.5靈敏度更高：故障時(shí)電流

8、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。3.4 FSR裝置動(dòng)作電流整定原則3.4.1當(dāng)初在6kV母線進(jìn)線處設(shè)計(jì)限流電抗器，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(kāi)，故FSR動(dòng)作值應(yīng)取90%的三相短路電流值。3.4.2其它負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)躲過(guò)最大配電變壓器空載合閘電流，并取1.3倍的可靠系數(shù)。3.4.3其它負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)躲過(guò)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3.5應(yīng)用實(shí)踐我廠4#機(jī)組采用電抗器與 FSR裝置并聯(lián)運(yùn)行方案后，

9、解決了電抗器產(chǎn)生的影響。3.5.1由于正常運(yùn)行時(shí)，電抗器被短接無(wú)電流流過(guò)，解決了運(yùn)行中發(fā)熱嚴(yán)重的問(wèn)題，系統(tǒng)受到大 擾動(dòng)時(shí)電壓波動(dòng)大，發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)也十分方便。3.5.2消除了電抗器產(chǎn)生的電壓降，提高了電壓質(zhì)量。FSR裝置未并前FSR裝置并列后電抗器前端電壓6.27KV6.27 KV電抗器后端電壓5.91KV6.26 KV電壓差/ U%5.74%0.16%3.5.3啟動(dòng)大容量電動(dòng)機(jī)如給水泵時(shí)，6kv母線電壓降僅為5%左右，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。3.5.4消除了電抗器產(chǎn)生的電能損耗，節(jié)能效果顯著，年節(jié)約電費(fèi)12.4萬(wàn)元。通過(guò)查閱電抗器手冊(cè)中電抗器額定容量、功率損耗等參數(shù)，以及我廠4#機(jī)組運(yùn)行實(shí)

10、際。電抗器年功率損耗計(jì)算如下：A=3X/AXT=3X B 2X ( /PQ)XT(/P= Pc12.196KW/Q=0.02Se p =I /|e le =2000A運(yùn)行電流 I=1240A)2 2A=3X/AXT=3X p X(/P+0.02Se)XT=3X0.62X (12.196+0.02 X924) X 24X365= 10102.032X30.676 = 309889.9336每度電按0.4元計(jì)算，電抗器年損耗：0.4 XA =0.4 X30.9889=12.3955 萬(wàn)元 / 年4結(jié)束語(yǔ)綜上所述，采用高速開(kāi)關(guān)裝置與電抗器并聯(lián)是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的限流方案。不但解決了高壓斷路 器選擇的經(jīng)濟(jì)

11、性，而且從根本上避免了正常運(yùn)行中串入電抗器帶來(lái)的電壓降、電能損耗和漏磁場(chǎng)等問(wèn) 題，提高了廠用電系統(tǒng)的功率因數(shù)、電能質(zhì)量，有利于系統(tǒng)的安全節(jié)能運(yùn)行，是值得推廣的一種經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行方式。參考文獻(xiàn)：1王川、李延軍.用于大型同步發(fā)電機(jī)岀口及廠用變分支大容量快速開(kāi)斷裝置J 2002 ，(12),92-982方大千電工計(jì)算手冊(cè)(增訂版)山東科學(xué)技術(shù)出版社1993.063李桂中現(xiàn)代電力工程師技術(shù)手冊(cè)天津大學(xué)岀版社岀版1994.12節(jié)能產(chǎn)品自助發(fā)布IAJ節(jié)能產(chǎn)品自助發(fā)布產(chǎn)品名稱：ABBIs快速限流器發(fā)布單位：廈門ABB開(kāi)關(guān)有限公司產(chǎn)品類別：節(jié)電產(chǎn)品發(fā)布時(shí)間：2007-11-2213:24:36產(chǎn)品簡(jiǎn)介：米用咼壓電

12、抗器的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生巨大的能耗 。對(duì)于10kV，4000A 10%的電抗器，按照每相 有功電能損耗 20kW (3相60kW )，每相無(wú)功功率 2300kVar (3相6900kVar)計(jì)算。每年的有功電 能損耗為 W1=3 x 20 x 24 x 360=52萬(wàn)kWh.按每度電0.4元計(jì)算，電能損失為 21萬(wàn)元。同時(shí)電抗 器上消耗巨大的無(wú)功功率，按照高壓電網(wǎng)的平均線損為輸送功率的5%計(jì)算，每年的無(wú)功功率引起的線路上的電能損耗為 W2=3 x 2300 x 0.05 x 24 X 360=298 萬(wàn)kWh.按每度電0.4元計(jì)算，電能損失為119萬(wàn)元。由此可見(jiàn)，電抗器的運(yùn)行帶來(lái)的電能損失就達(dá)140萬(wàn)元/年。通過(guò)Is快速限流器和限流電抗器的并聯(lián)使用，將解決以上問(wèn)題。正常的時(shí)候，Is快速限流器Q