大容量高速限流开关装置及其应用

□贾晓红(洛阳水利勘测设计院)□张亚辉(河南省水利勘测设计研究有限公司)

大容量高速限流开关装置及其应用

□贾晓红(洛阳水利勘测设计院)□张亚辉(河南省水利勘测设计研究有限公司)

大容量高速限流开关装置通过D SP和D D S等技术开断和限制短路电流，具有开断电流大，限流时间快和截流时间短的特点，可有效对电气设备进行保护，避免了巨大短路电流对电气设备的灾难性冲击，避免了因主设备烧毁而引发的大面积停电事故，可满足现代电力系统发展的需求。

大容量；高速；限流；断路器；电抗器

一、概述

大容量高速限流开关装置具有很强的限制短路电流和开断短路电流的能力。装置内的特种高速断路器运用DSP、DDS等技术使短路电流在1～2ms内迅速转移到FU和RV上，利用FU良好的限流特性和RV良好的吸能及限压特性，使短路电流在远未达到预期值时就被截止，从而使电气设备得到可靠的保护。

二、工作原理及过程

大容量高速限流开关装置由特种高速断路器、特种熔断器、限压器、暂态电流互感器、控制器等元件组成。工作原理及过程如下：

当系统发生短路时，暂态电流互感器检测到短路电流信号并实时发送到智能控制器。

智能控制器对暂态电流互感器发送过来的信号进行计算比较，并及时发出指令驱动特种高速断路器跳闸。

特种高速断路器在跳闸的初始阶段(时间为1～2ms)，短路电流就开始转向特种熔断器，特种熔断器通流瞬间熔断并在熔断的同时建立很高的弧压，维持弧压时间为2～3ms。

特种熔断器熔断时建立的弧压使限压器开通，将电压限制在允许范围内，同时吸收大量的能量。

系统短路电流转移到特种熔断器、限压器进行限流，限压并衰减至0，从而实现了开断和限制短路电流。

三、技术特点

大容量高速限流开关装置使用了电流跟踪技术和波形还原技术。通过预先整定系统短路电流的波形同实时检测到的三相电流强度和相位进行比较，如果出现两相电流的波形在预先整定的短路电流波形外，则可以判断出系统发生短路。通过DSP(无损电流信号检测技术)、DDS(无迟缓相位跟踪技术)等技术来实现。DSP对开断电流的启动值自动相位进行跟踪。DDS实时跟踪实际运行电流波形的相位和强度，并与全波段预先整定值自动比较判定。

四、应用实例

（一）发电机出口短路保护

发电机出口发生短路时，由发电机产生的短路电流很大，而且非周期分量所占比例近50%以上。目前通常的解决方法为采用封闭母线或发电机专用断路器。封闭母线实际运行不灵活，变压器侧断路器由于操作频繁寿命减短且检修不便。发电机专用断路器在短路故障情况下可以开断，但其它电气设备有可能在1～2周波的短路电流作用下损坏。大容量高速限流开关装置开断容量大、分断时间短而且对非周期分量同样具有极强的开断能力，在这里使用可以弥补上述两种方式的不足，使发电机、变压器得到快速、有效、可靠的保护。

（二）发电厂分支母线及厂用变的保护

当发电厂分支母线发生相间短路时，发电机和系统同时向故障点提供短路电流，短路电流比发电机出口短路时更大，采用封闭母线操作和维护不便，采用发电机专用断路器开断时间长并且没有限流功能。采用大容量高速限流开关装置可以弥补上述两种方式的不足。大容量高速限流开关装置同样适用于励磁变分支与同步发电机的端口。

（三）配合旁路限流电抗器使用

限流电抗器在限制故障电流的同时，存在3个问题，一是能耗损失大；二是大型设备启动时，电抗器上压降很大，影响供电质量；三是无功损耗大，使系统功率因素下降，需增加电容器进行无功补偿。

在电抗器上并联一台大容量高速限流开关装置，运行时电抗器即被短路，电抗器上电流很小，能耗降低，可以避免大负荷投运时的压降，同时还改善了系统的功率因素。

当系统短路时，大容量高速限流开关装置快速开断，电抗器投入运行，限制短路电流，同时可保证重要用户不间断供电。

（四）降低系统扩建或并列运行的投资

利用大容量高速限流开关装置可使分段母线闭环运行。这种运行方式能提高供电可靠性，均衡多台变压器的负荷，减小大负荷启动时产生的压降，从而保证供电质量。

当系统发生短路时，大容量高速限流开关装置将两段母线快速分裂开。在变电站扩建或增容时，改装负荷侧断路器只需要开断单台变压器的短路电流，无须更换所有断路器。

（五）变压器出线保护

在短路电流较大的系统中，一般采用限流电抗器串联断路器来限制短路电流保护变压器，利用大容量高速限流开关装置良好的限流特性，直接替代电抗器串联断路器来保护变压器。

五、结论

大容量高速限流开关装置具有开断电流大，限流时间快和截流时间短的特点，解决了普通断路器和爆炸桥式大容量高速开关存在的诸多问题。装置具有开断300kA以上短路电流的能力，同时具有极强的限流能力，可将短路电流的实际值限制在预期值的20%～50%。装置的限流时间仅为l～2ms，开-断截流时间为5～8ms，在此过程中电流已被限制在安全值以内。本装置的使用避免了巨大短路电流对电气设备的灾难性冲击，避免了因主设备烧毁而引发的大面积停电事故，改变了仅通过综保装置保护一次设备的传统，可满足现代电力系统发展的需求。

2010-04-08

贾晓红(1973-)，女，工程师，洛阳水利勘测设计院从事电气设计工作。