FUR組合保護(hù)裝置在江埡水電站廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用

FUR組合保護(hù)裝置在江埡水電站廠用電系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：通過在江埡水電站廠用電系統(tǒng)的改造中，采用FUR組合保護(hù)裝置加普通真空斷路器取代原有高壓負(fù)荷開關(guān)，有效的防止了誤動(dòng)作，減少了操作過電壓對(duì)主要電氣設(shè)備的沖擊，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)作的可選擇性，降低了造價(jià)。該文對(duì)在選型過程中的步驟及應(yīng)考慮的問題，給予了較深入的研究。關(guān)鍵字：FUR組合保護(hù)裝置廠用電應(yīng)用1概述湖南省江埡埡水電站裝設(shè)設(shè)3臺(tái)10萬kW的水輪發(fā)電電機(jī)組，電站站于1998年至1999年相繼投入入商業(yè)運(yùn)行，發(fā)發(fā)電機(jī)額定電電壓為13.8kkV，3臺(tái)水輪發(fā)電電機(jī)電壓側(cè)采采用單機(jī)單變變—即單元接線線方式，主變變高壓側(cè)為110kV和220kV電壓等級(jí)送送出，其中一一臺(tái)機(jī)組接110kVV/220kkV自耦變壓器器，另兩臺(tái)機(jī)機(jī)組接220kV雙圈變，3臺(tái)高壓廠用用變?nèi)∽?臺(tái)主變的低低壓側(cè)，變壓壓比為13.8//10.5kkV，10.5kkV側(cè)采用分段段接線方式，未未改造前高壓壓廠用變壓器器的額定容量量為1250kkVA，改造后新新增一臺(tái)2500kkVA的變壓器接1臺(tái)機(jī)組，一一臺(tái)機(jī)組接1250kkVA變壓器不變變，另一臺(tái)機(jī)機(jī)組采用2臺(tái)1250kkVA并列運(yùn)行。原原高壓廠用變變壓器高壓側(cè)側(cè)（即13.8kkV側(cè)）均采用用負(fù)荷開關(guān)進(jìn)進(jìn)行保護(hù)，運(yùn)運(yùn)行中出現(xiàn)非非正常動(dòng)作及及熔絲燒壞現(xiàn)現(xiàn)象，因此結(jié)結(jié)合此次廠用用變?cè)鋈莞脑煸?，同時(shí)對(duì)保保護(hù)設(shè)備進(jìn)行行改造。整個(gè)個(gè)改造于2002年元月完成成，至今已運(yùn)運(yùn)行近3年，效果良良好，業(yè)主及及運(yùn)行人員對(duì)對(duì)此非常滿意意。現(xiàn)就改造造方案的選取取及在選型過過程需要考慮慮的主要問題題進(jìn)行探討，對(duì)對(duì)今后正確選選用FUR設(shè)備及高壓壓限流熔斷器器將會(huì)起到一一定的作用。2改造方案的的選取及原方方案存在的問問題由于13..8kV原開關(guān)設(shè)備備均為裝柜形形式，且地方方狹窄，不可可能再增加設(shè)設(shè)備位置，只只能在原有設(shè)設(shè)備的基礎(chǔ)上上進(jìn)行改造完完善，為了保保證今后的安安全運(yùn)行，在在全面了解現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備的基基礎(chǔ)上，擬定定了三個(gè)方案案供選擇比較較。第一方案是是更換原有負(fù)負(fù)荷開關(guān)，即即增加額定電電流以滿足廠廠用變?nèi)萘康牡淖兓?，此此方案最為方方便簡單。從從表面上看，在在正常情況下下，選擇負(fù)荷荷開關(guān)額定電電流為1250A或630A均可滿足要要求，但若廠廠用變二次側(cè)側(cè)發(fā)生短路時(shí)時(shí)，考慮廠用用變阻抗后，流流過一次側(cè)的的最大電流約約為2000A，而目前負(fù)負(fù)荷開關(guān)的最最大額定電流流為12500A，所以不能能滿足要求，有有可能會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)負(fù)荷開關(guān)爆爆炸等嚴(yán)重現(xiàn)現(xiàn)象的發(fā)生，不不是徹底的解解決問題的方方案。第二方案是是在原有開關(guān)關(guān)柜內(nèi)將負(fù)荷荷開關(guān)更換為為真空斷路器器。通過短路路電流計(jì)算，當(dāng)當(dāng)在高壓廠用用變高壓側(cè)發(fā)發(fā)生三相短路路時(shí)，系統(tǒng)各各設(shè)備提供的的最大短路電電流達(dá)到77.9kkA（自耦變側(cè)側(cè)）和54.4kkA（雙圈變側(cè)側(cè)），假定斷斷路器能切斷斷如此大的短短路電流，但但由于斷路器器實(shí)際開斷時(shí)時(shí)間（繼電保保護(hù)時(shí)間與斷斷路器分閘時(shí)時(shí)間之和）大大于80ms，所以在短短路故障切除除之前，與之之相連接的電電氣設(shè)備將受受到3個(gè)周波以上上的大短路電電流沖擊，幾幾次這樣大的的短路電流沖沖擊必然對(duì)設(shè)設(shè)備帶來很大大的損害，影影響其使用壽壽命和經(jīng)濟(jì)效效益的充分發(fā)發(fā)揮。實(shí)際上上，現(xiàn)有常規(guī)規(guī)斷路器也無無法切斷如此此大的短路電電流，若選用用發(fā)電機(jī)專用用斷路器，其其價(jià)格十分昂昂貴，也不能能保證短路動(dòng)動(dòng)作有良好的的選擇性，也也難以避免大大短路電流的的沖擊。第三方案是是采用FUR組合裝置加加真空斷路器器的組合方案案。真空斷路路器僅作為操操作電氣設(shè)備備代替負(fù)荷開開關(guān)，可選擇擇輕型斷路器器，F(xiàn)UR作為保護(hù)設(shè)設(shè)備（FU即高壓限流流熔斷器，F(xiàn)R為高能氧化化鋅過電壓保保護(hù)器，兩者者組合簡稱FUR），F(xiàn)U的限流性和和快速性使得得在短路電流流遠(yuǎn)未達(dá)到最最大值之前就就切斷短路電電流，其切斷斷時(shí)間可根據(jù)據(jù)保護(hù)特性進(jìn)進(jìn)行調(diào)整和選選擇，以保證證上、下級(jí)的的動(dòng)作選擇性性，從而達(dá)到到保護(hù)設(shè)備的的目的。而FR的降壓性和和移能性限制制了網(wǎng)絡(luò)中的的操作過電壓壓，并將短路路網(wǎng)絡(luò)中的磁磁場能量釋放放，快速將電電流衰減至零零。因此使用用FUR裝置有如下下優(yōu)點(diǎn)：（1）由于于FU的快速性和和限流性是由由其物理特性性所決定，而而無機(jī)械拒動(dòng)動(dòng)的可能，所所以有較高可可靠性；（2）由于于FU的限流性，系系統(tǒng)設(shè)備不再再會(huì)受到預(yù)期期短路沖擊電電流的沖擊，有有效避免了因因穿越故障電電流而損壞設(shè)設(shè)備的事故，延延長了電氣設(shè)設(shè)備的使用壽壽命，且設(shè)備備選擇無需考考慮動(dòng)、熱穩(wěn)穩(wěn)定校驗(yàn)問題題；（3）由于于FU的快速性，使使故障切斷時(shí)時(shí)間大大縮短短；（4）由于于FR的非線型性性有效的限制制了FU的過電壓，使使操作過電壓壓小于2.5倍的額定相相電壓，F(xiàn)R吸收了FU在開斷過程程中系統(tǒng)各部部分提供的能能量，使FU開斷時(shí)的電電弧能量降低低至安全線以以下，從而減減輕了FU的承受壓力力。FUR的上上述這些優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)克服了方案案一、二的某某些缺點(diǎn)，且且價(jià)格較方案案二低很多，同同時(shí)可實(shí)現(xiàn)在在原有開關(guān)柜柜內(nèi)進(jìn)行改造造，工作量較較少，改造時(shí)時(shí)間短。3柜內(nèi)結(jié)構(gòu)方方案的設(shè)計(jì)在確定了采采用普通真空空斷路器加FUR組合保護(hù)裝裝置方案后，在在不增加外置置設(shè)備及占地地的情況下，分分析所增加的的設(shè)備在柜內(nèi)內(nèi)安裝的可能能性。原柜內(nèi)內(nèi)裝設(shè)了一臺(tái)臺(tái)高壓負(fù)荷開開關(guān)，在不改改變柜體尺寸寸的情況下，將將此開關(guān)拆除除后，略加改改造（即增加加相關(guān)的支撐撐件）自上而而下依次布置置FU的撞擊機(jī)構(gòu)構(gòu)、FU、FR及真空斷路路器。真空斷斷路器僅作為為切斷負(fù)荷電電流之用，因因此它安裝在在FUR之前或之后后都是可取的的，根據(jù)開關(guān)關(guān)的型式及操操作、檢修及及維護(hù)更換設(shè)設(shè)備的方便，在在此次改造中中，將真空斷斷路器布置在在FUR之后，主要要原因是①斷路器操作作機(jī)構(gòu)易于安安裝，引出線線易于連接；；②在更換FU熔絲時(shí)，可可斷開斷路器器，使FU下觸頭在無無電壓情況下下更換，保證證了人身安全全；③FUR裝設(shè)在開關(guān)關(guān)柜后板上，支支撐容易，且且與封閉母線線套管和真空空斷路器連接接方便，經(jīng)校校核安裝尺寸寸及帶電距離離均可滿足要要求，但柜內(nèi)內(nèi)需增加一定定數(shù)量的設(shè)備備支撐件及面面板現(xiàn)場開孔孔工作。如果果能在FUR前再裝設(shè)一一組隔離開關(guān)關(guān)，則該方案案就更加完美美，即當(dāng)在機(jī)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，需需更換FU的熔絲時(shí)，不不會(huì)影響機(jī)組組正常發(fā)電，上上、下端均不不帶電，人員員更加安全。4FUR參數(shù)的選擇FUR參數(shù)數(shù)的選擇至關(guān)關(guān)重要，應(yīng)認(rèn)認(rèn)真分析研究究，收集資料料。它的參數(shù)數(shù)既要保證能能可靠動(dòng)作，又又要保證在發(fā)發(fā)生短路事故故時(shí)能與廠用用變低壓側(cè)主主保護(hù)的協(xié)調(diào)調(diào)配合，這樣樣即保證了選選擇性又起到到使主設(shè)備免免遭沖擊的作作用，現(xiàn)以2500kkVA高壓廠用變變高壓側(cè)FUR的參數(shù)選擇擇，舉例說明明其選擇方法法與一般負(fù)荷荷開關(guān)和熔斷斷器選擇方法法的主要區(qū)別別和應(yīng)考慮的的問題。4.1按額定定電流選2500kkVA廠用變高壓壓側(cè)的額定電電流為104.66A，同時(shí)考慮慮變壓器允許許過載2小時(shí)時(shí)按過過載系數(shù)為1.3倍不動(dòng)作，并并留有10%的裕度及5%的容差后，計(jì)計(jì)算電流應(yīng)為為157.11A，意味著FU的額定電流流選擇為160A，在正常運(yùn)運(yùn)行情況下不不會(huì)動(dòng)作。4.2按變壓壓器承受的沖沖擊電流選擇擇保護(hù)變壓器器用的熔斷器器應(yīng)能承受變變壓器勵(lì)磁涌涌流沖擊而不不熔斷。根據(jù)據(jù)目前的規(guī)定定，當(dāng)變壓器器突然合閘時(shí)時(shí)，勵(lì)磁涌流流最大為變壓壓器滿載電流流的12倍，持續(xù)時(shí)時(shí)間為0.1s，即勵(lì)磁涌涌流Ic=1104.6××12=12254A，考慮到熔熔絲熔斷時(shí)的的分散性，應(yīng)應(yīng)留有20%以上的裕度度，即保證在在0.1s時(shí)熔絲不熔熔斷的電流Ic’=15055A，查160A的限限流熔斷器安安—秒特性曲線線，在0.1s時(shí)的熔斷電電流為1600A，能夠避開開變壓器勵(lì)磁磁涌流而不熔熔斷。4.3按保護(hù)護(hù)配合性選擇擇當(dāng)高壓廠用用變低壓側(cè)發(fā)發(fā)生短路時(shí)，反反應(yīng)到高壓側(cè)側(cè)的電流估算算為104.66/0.066=17433.3A（0.06為廠用變壓壓器的阻抗電電壓值），查查160A限流熔斷器器的安—秒特性曲線線，在1743..3A時(shí)相應(yīng)的熔熔斷時(shí)間為60ms，而低壓側(cè)側(cè)真空斷路器器的跳閘動(dòng)作作時(shí)間為80ms以上，即當(dāng)當(dāng)?shù)蛪簜?cè)發(fā)生生短路時(shí)，低低壓側(cè)斷路器器在未及時(shí)跳跳閘的情況下下，高壓側(cè)限限流熔斷器即即FU既已被熔斷斷，說明當(dāng)額額定電流為160A時(shí)不能與廠廠用變低壓側(cè)側(cè)主保護(hù)相配配合。為了使使FUR在廠用變低低壓側(cè)短路時(shí)時(shí)保證動(dòng)作的的選擇性，熔熔斷器的額定定電流應(yīng)選高高一級(jí)即250A，查250A限流熔斷器器的安—秒特性曲線線，此時(shí)熔斷斷時(shí)間為700ms，可以滿足足動(dòng)作選擇性性要求。4.4按FUU限流特性及FR殘壓水平進(jìn)進(jìn)行校驗(yàn)當(dāng)廠用變高高壓側(cè)發(fā)生三三相金屬短路路時(shí)，根據(jù)250A限流熔斷器器的預(yù)期電流流有效值—截?cái)嚯娏鞣宸逯登€，根根據(jù)短路電流流計(jì)算結(jié)果（在在自耦變壓器器低壓側(cè)）最最大運(yùn)行方式式下的短路電電流值為77.9kkA，可以查到到其截?cái)嚯娏髁鞣逯禐?5kA，熔斷時(shí)間間約為1.1ms，而在廠用用變低壓側(cè)短短路時(shí)高壓側(cè)側(cè)電流為1743..3A時(shí)的熔斷時(shí)時(shí)間為700ms，可以滿足足選擇性要求求。同時(shí)為了了與FU截?cái)嚯娏飨嘞嗯浜希邏簤簜?cè)真空斷路路器額定開斷斷電流必須選選擇為40kA，在40kA情況下FU的熔斷時(shí)間間為即40ms。熱容量I2t分為熔斷件件的I2t和弧前I2t，熔斷件的I2t即在給定時(shí)時(shí)間間隔內(nèi)電電流平方的積積分，弧前的的I2t既是在熔斷斷件整個(gè)弧前前時(shí)間內(nèi)電流流平方的積分分，兩者從概概念上是不同同的。為了保保證熔斷器的的安全性和可可靠性，采用用熔斷件的I2t值與被保護(hù)護(hù)設(shè)備的I2t值進(jìn)行選擇擇校驗(yàn)熔斷件件，要比用弧弧前時(shí)間—電流特性選選擇校驗(yàn)更為為合理和科學(xué)學(xué)。從廠家給給定的熔斷件件熱容量曲線線可以看出250A的熔斷件I2t值為1.2×1106（A2?s）（熔斷時(shí)時(shí)間為0.7s），而斷路路器在0.7s時(shí)間內(nèi)承受受的熱容量為為352×00.7=0..857×1106（A2?s），小于此此時(shí)斷路器3s時(shí)額定熱容容量。因此可可以滿足要求求，對(duì)斷路器器是安全的。由于FR的的非線型性和和快速導(dǎo)通特特性，將操作作過電壓限制制在2.5倍額定相電電壓之內(nèi)，其其殘壓值約為為U=2.55×（根號(hào)）2?Ue/3=288.17kVV，殘壓值小小于運(yùn)行中發(fā)發(fā)電機(jī)及變壓壓器的沖擊耐耐壓值29.3kkV，更小于出出廠時(shí)的沖擊擊耐壓值（額額定電壓為13.8kkV），因此FR可避免發(fā)電電機(jī)及變壓器器免受操作過過電壓的沖擊擊，假如沒有有FR的作用，其其限流熔斷器器的操作過電電壓將達(dá)38kV以上，已經(jīng)經(jīng)大于運(yùn)行中中發(fā)電機(jī)及變變壓器的最大大沖擊耐壓值值35.2kkV，將會(huì)使設(shè)設(shè)備受到很大大的電壓沖擊擊而損壞，縮縮短了使用壽壽命，影響機(jī)機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益益的發(fā)揮和設(shè)設(shè)備的投資，因因此設(shè)備FR的作用是不不可低估的。從以上各方方面的分析計(jì)計(jì)算可以看出出，F(xiàn)U的額定電流流選定為250A是滿足安全全性和可選擇擇性要求的。同同時(shí)也必須裝裝設(shè)FR以限制操作作過電壓。5結(jié)語經(jīng)過理論計(jì)計(jì)算和實(shí)踐證證明，F(xiàn)UR組合保護(hù)裝裝置有其很大大的優(yōu)越性，并并已在江埡水水電站廠用電電系統(tǒng)中成功功運(yùn)用，它減減少了設(shè)備的的誤動(dòng)率，有有效的保護(hù)了了主要電氣設(shè)設(shè)備，提高了了電站的經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益。但在在選用該設(shè)備備時(shí)，應(yīng)多方方案比較，綜綜合考慮和計(jì)計(jì)算，既要保保證電站安全全的安全性，又又要保證動(dòng)作作的可靠性和和選擇性，它它不同于一般般熔斷器或負(fù)負(fù)荷開關(guān)的選選擇。從該電電站的選型中中可得出以下下結(jié)論，也是是在通常設(shè)計(jì)計(jì)中易于忽視視的方面/問題：（1）對(duì)短短路電流較大大的電站，在在選用普通真真空斷路器不不能滿足要求求時(shí)，可選用用負(fù)荷開關(guān)或或FUR組合保護(hù)裝裝置，不論選選擇哪種設(shè)備備，均應(yīng)滿足足動(dòng)作的可靠靠性和可選擇擇性，以及截截流過電壓對(duì)對(duì)主要設(shè)備的的危害性。（2）FUUR組合設(shè)備中FU即高壓限流流熔斷器的額額定電流選擇擇不能單純按按負(fù)荷電流選選擇，應(yīng)充分分考慮熔斷時(shí)時(shí)間與下級(jí)斷斷路器在動(dòng)作作時(shí)間上的配配合性，并應(yīng)應(yīng)取得生產(chǎn)廠廠家準(zhǔn)確的電電流—時(shí)間關(guān)系曲曲線、熱容量量曲線等參數(shù)數(shù)。（3）應(yīng)對(duì)對(duì)FU的限流性進(jìn)進(jìn)行校驗(yàn)，以以便選擇輕型型斷路器或負(fù)負(fù)荷開關(guān)、隔隔離開關(guān)等電電氣設(shè)備。（4）應(yīng)根根據(jù)熔斷時(shí)間間計(jì)算（或查查曲線）FU的熱容量，該該值應(yīng)大于斷斷路器或負(fù)荷荷開關(guān)在該熔熔斷時(shí)間內(nèi)的的熱容量，且且小于其額定定時(shí)間內(nèi)的熱熱容量，確保保電氣設(shè)備在在熔斷時(shí)間內(nèi)內(nèi)的安全。（5）由于于FR的能量轉(zhuǎn)移移，降低了操操作過電壓，有有效地保護(hù)了了主要電氣