大容量高速開關(guān)裝置（FSR）的原理分析及應(yīng)用探討

以一臺(tái)12kV/1500A，電抗率8%的中型限流電抗器為例，其阻抗約0.36歐姆，三相容量約2500kVA，其中有功損耗約50～100kW。接入FSR后：

①消除了電抗器巨大的無功損耗?？梢怨?jié)約裝設(shè)補(bǔ)償電容器的投資，已經(jīng)裝設(shè)的變電站，可以少投一些補(bǔ)償電容器。有利于改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。

②電抗器對母線電壓質(zhì)量有影響，一般會(huì)使母線電壓降低4～8%，若遇大型感性負(fù)載(如大容量電動(dòng)機(jī)等)投入，則電壓降落更大。裝備FSR后上述電壓損失消除了，這無疑將使電壓質(zhì)量得到提高，而提高電能質(zhì)量一直是電力系統(tǒng)追求的目標(biāo)。

③除無功損耗外，電抗器有功損耗也相當(dāng)可觀，采用FSR后,有功損耗不到300W，年節(jié)約電費(fèi)約50萬元。從這點(diǎn)上看，F(xiàn)SR起到了節(jié)能降耗的作用，這符合我國節(jié)約能源的國策。

④不影響原有繼電保護(hù)裝置的整定，使老變電站改造變得很容易。

⑤原來因顧及電抗器的缺點(diǎn)而不裝設(shè)限流設(shè)備的重要變電站可以放心加裝，進(jìn)一步保證電力主設(shè)備的安全。

⑥避免采用高阻抗變壓器。

3.2使分段母線并列運(yùn)行

大容量高速開關(guān)使分段母線閉合運(yùn)行主接線如圖4所示，在母聯(lián)開關(guān)的位置串接一臺(tái)FSR，正常運(yùn)行時(shí)母聯(lián)斷路器處于合閘位置，而不是傳統(tǒng)的母聯(lián)斷路器處于分閘位置。僅在出線發(fā)生短路、且預(yù)期短路電流值超過FSR整定值時(shí)，短路電流限制器才動(dòng)作，隨后母聯(lián)斷路器分?jǐn)啵闺p母線分裂運(yùn)行。在國外，這種應(yīng)用方式約占到FSR總應(yīng)用的50%。其優(yōu)點(diǎn)是：

①降低網(wǎng)絡(luò)阻抗，改善電能質(zhì)量;

②變電站擴(kuò)建或變壓器增容后，無須更換所有出線斷路器，從而節(jié)約大量投資;

③提供閉環(huán)運(yùn)行的可能性，提高供電可靠性。

④優(yōu)化負(fù)荷分配，增強(qiáng)系統(tǒng)的電壓調(diào)整能力。

3.3發(fā)電機(jī)或變壓器出口的短路保護(hù)

發(fā)電機(jī)出口保護(hù)如圖5所示，將FSR與普通斷路器一起直接串聯(lián)到發(fā)電機(jī)或變壓器出口。該應(yīng)用不僅適用于中、小型水/火電廠，也適用于化工冶金企業(yè)的自備發(fā)電機(jī)、大電流試驗(yàn)室用發(fā)電機(jī)、核聚變試驗(yàn)用發(fā)電機(jī)、艦船用發(fā)電機(jī)等。在變壓器出口的應(yīng)用主要是那些不要求重合閘的場合。

大容量發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，由發(fā)電機(jī)提供的短路電流的周期分量可超過90～100 kA;進(jìn)一步考慮短路電流中含有約50～60% 的非周期分量，普通斷路器已經(jīng)無法使用。解決的辦法之一是采用昂貴的發(fā)電機(jī)專用斷路器作為斷路保護(hù)，此辦法的缺點(diǎn)是不限流，相關(guān)的電氣設(shè)備仍然要冒很大的被短路電流損壞的風(fēng)險(xiǎn)。辦法之二采取發(fā)電機(jī)—變壓器組死連接，二者之間用封閉母線的方式，以期避免相間短路的發(fā)生，此種接線方式的缺點(diǎn)是運(yùn)行不靈活，變壓器高壓側(cè)斷路器操作/動(dòng)作頻繁、壽命短，不便于檢修等。辦法之三就是采用FSR+普通斷路器，此辦法克服了上述兩個(gè)辦法的缺點(diǎn)。

3.4 發(fā)電廠分支母線和廠高變的短路保護(hù)

發(fā)電廠分支母線和廠高變的短路保護(hù)如圖6所示，將限流器與普通斷路器一起串聯(lián)到發(fā)電廠廠用電分支回路上。此用法適用于大、中型水電廠及火力發(fā)電廠。

當(dāng)發(fā)電廠分支母線發(fā)生短路、或廠高變的高壓側(cè)或低壓側(cè)發(fā)生短路時(shí)，從發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)兩方面同時(shí)向故障點(diǎn)提供短路電流，短路電流值比發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)更大，考慮非周期分量后可達(dá)150～200 kA。盡管發(fā)電廠的廠高變采用了高阻抗變壓器及分裂繞組變壓器，但是各大型發(fā)電廠的廠高變?nèi)匀活l頻損壞。如裝機(jī)容量1200MVA的某發(fā)電廠運(yùn)行十余年來其6臺(tái)廠高變已經(jīng)全部燒壞過一次，每次廠高變的事故都導(dǎo)致發(fā)電機(jī)停機(jī)，給發(fā)電廠和社會(huì)造成巨大的損失。裝備限流器后，當(dāng)發(fā)生災(zāi)難性短路時(shí)，由限流器快速切斷短路電流，即可有效地防止廠高變的損壞。

3.5 地區(qū)火/水發(fā)電廠上網(wǎng)保護(hù)

地區(qū)火/水發(fā)電廠上網(wǎng)保護(hù)如圖7所示，某一個(gè)可以提供15kA短路電流的地區(qū)火/水電廠在上網(wǎng)后，使原先的斷路器的短路開斷能力不足。為此，在上網(wǎng)電廠的出口安裝一臺(tái)限流器，可不更換原先裝備的斷路器不用增容改造便可繼續(xù)運(yùn)行，節(jié)約了工程投資。

結(jié)論

大容量快速開關(guān)因其獨(dú)有的快速可靠的切斷能力，使其可以在發(fā)電及配電系統(tǒng)大量推廣應(yīng)用，在提供先進(jìn)的技術(shù)方案的同時(shí)，大大減少工程投資，具有很高的性能價(jià)格比。