大容量高速開關裝置（FSR）的原理分析及應用探討

1.原理分析

大容量高速開關(FSR)又被稱為故障電流限制器、快速開關、高速限流保護開關、限流保護器、FCL(Fault Current Limiter)等。主要作用是在短路電流未上升到峰值之前，將其高速開斷。FSR原理接線圖見圖1。

圖中高壓載流橋體FS和特種高壓限流熔斷器FU在電氣上是并聯(lián)的，由于前者電阻為微歐級，后者電阻為毫歐級，故正常運行情況下，主導流母線中的電流幾乎全部流過高壓載流橋體FS。當系統(tǒng)發(fā)生短路事故時，特種電流互感器CT檢測到短路電流信號，將其傳遞給電子控制器ZK，由ZK進行信號的分析和處理。若短路電流信號超過整定值，ZK將發(fā)出點火信號，通過高壓脈沖變壓器MB，使高壓載流橋體FS在幾百微秒的時間內(nèi)高速斷開;在其斷口開斷的過程中，故障電流轉(zhuǎn)移到特種高壓限流熔斷器FU中，由FU 最后開斷短路電流，切除故障。在FU熔斷過程中，線路上可能會產(chǎn)生瞬時過電壓，此時高能氧化鋅電阻FR對其進行限壓。各部分的動作時序如圖2所示。

圖2中

t=0 短路故障發(fā)生;

t=t1 電子控制器探測到故障并建立點火信號;

t=t2 快速隔離器打開，電流轉(zhuǎn)移到熔斷器中;

t=t3 熔斷器開始起弧;

t=t4 熔斷器內(nèi)電弧熄滅，故障電流被徹底開斷，(t3～t4)為熔斷器的燃弧時間。

由此可見，在預期短路電流遠未發(fā)展到峰值之前，短路電流已經(jīng)被高速切斷。實際通過電力設備的短路電流的峰值ic在第一個半波被限制到預期短路電流峰值的(15～45)%，短路電流的持續(xù)時間為5 ms左右，保護了電力系統(tǒng)主設備免受損壞。大容量高速開關的技術參數(shù)見表1。

2.大容量高速開關與斷路器的比較

斷路器的開斷時間約為60～200ms; 斷路器開斷過程中不限流，雖可切除短路故障，但發(fā)電機或變壓器等設備因經(jīng)受不住短路電流電動力的沖擊，仍有可能損壞;普通斷路器開斷能力很有限,額定短路開斷電流小于50kA，在發(fā)電機出口等很多情況下不能滿足要求;采用開斷能力特大的發(fā)電機斷路器則價格非常昂貴，而且發(fā)電機斷路器也無限流功能。

大容量高速開關的開斷時間僅約5ms; 可將短路電流限制到預期值的15%～45%，可針對預期短路電流的水平進行整定，使發(fā)電機、變壓器等主設備不因高幅值短路電流的沖擊而損壞。

大容量高速開關開斷能力強，可開斷預期值為120～200kA的短路電流，價格遠比國外同類產(chǎn)品便宜。 專用于出口短路等災難性短路事故的保護，動作后需更換部件，一般不能重合閘。

由以上比較看出，大容量高速開關彌補了斷路器的不足，適合于短路電流有可能損壞發(fā)電機變壓器等主設備時的災難性短路事故的保護。在很多情況下是對付短路電流的唯一技術方案。

3.工程應用

3.1旁路限流電抗器

旁路限流電抗器接線如圖3所示。將FSR與限流電抗器或變電站原來裝備的限流電抗器并聯(lián)。由于FSR阻抗約為0.1mΩ(其中直流電阻約20μΩ)，而電抗器阻抗一般在0.15～0.9Ω(即150 mΩ～900 mΩ)之間，所以正常運行時電抗器被FSR短接而不起作用。短路故障發(fā)生時，F(xiàn)SR高速開斷，將電抗器投入起限流作用。