零损耗深度限流装置在厂用电系统中的应用

宫志坚

（江苏梅兰热电有限公司，江苏泰州　225300）

零损耗深度限流装置在厂用电系统中的应用

宫志坚

（江苏梅兰热电有限公司，江苏泰州225300）

为减少厂用电抗器正常工作时的电能损耗，为企业降低生产成本，且同时保证厂电用系统故障时的安全运行，采用深度限流装置技术对10KV厂用电抗器供电回路进行改造。实现厂用电抗器正常运行时零损耗，故障时快速接入，起到限流作用，保证10KV厂用电母线安全运行。

零损耗；深度限流装置；电气主系统；节能

我国电网规模的快速持续地增大，使得短路电流也在不断地升高，带来了开关遮断容量不足、变压器抗短路冲击能力不够等一系列问题。电力系统通常解决的办法是加装限流电抗器，但系统正常运行时，额定电流流过限流电抗器时会产生压降，因此串联限流电抗器的电抗率不能太高，否则压降太大会影响电抗器下端负载的正常运行，并且电抗器正常运行时带来的有功和无功损耗、漏磁场干扰等也是不可忽略的问题。为了解决电力系统短路电流超标问题，使用零损耗深度限流装置（简称ZLB），本装置采用原装进口高速涡流驱动大容量开关与深度限流电抗器并联的一体化设计，具有正常运行时无电能损耗，无压降；短路故障时快速投入高阻抗；短路故障切除后自动恢复等功能。

1　电气主系统介绍

设计院提供系统图（见图1）：

图1　一次系统图

F1、F2、F3号发电机分别通过ZB1、ZB2、ZB3主变升压至35KV站再到110KV变电所，F1 F2机组为一期工程，采用了电抗器限流，F3机组二期工程设计在发电机出口10KV厂用电分支处装限流电抗器，其35KV侧系统短路容量为546MVA。

现将本系统其余相关设备参数（包括变压器的容量、变比、阻抗百分数等）整理如下（见表1、表2）：

表1　发电机参数（功率因数cosΦ=0.8）

表2　主变参数

2　参数计算

2.1标幺值计算

根据设计院提供的数据：F1、F2、F3发电机电抗标幺值为0.3227；ZB1、ZB2、ZB3主变电抗标幺值为0.2625；35KV侧系统电抗标幺值为0.18315，限流电抗器电抗标幺值为0.3142，参见系统等值电抗图（见图2）：

图2　等值电抗图

2.2短路电流计算

根据设计院提供资料，现将短路电流列表3如下：

表3　短路电流计算表

3　使用思路

通过在10KV厂用电分支处加装限流电抗器，标幺值为0.3142的等值阻抗来限制短路电流，根据理论计算以及实际配置定其阻值为0.3849欧姆，表3中Id2、Id3、Id4点的短路电流即为未加装限流电抗器的短路电流有效值，Id5、Id6、Id7点的短路电流即为加装限流电抗器限流后的短路电流有效值。

根据设计院提供的限流电抗器额定电流为1500A，限流电抗器电感值：0.3849/314=1.225mH，限流电抗器电抗率:√3*0.3849*1.5/10*100%= 10%，限流比：K1=Id5/Id2=11.774/33.259=0.35，限流深度：K=1-K1=0.65。故可采用深度限流装置，即ZLB-10-1500-10%的零损耗深度限流装置能将短路电流限制在可靠的范围内，以保护设备及供电线路。

根据额定电流以及短路电流可选择断路器参数：额定电流IN=1600A；UN=10.5KV断路器额定短路开断电流IK=40KA。

4　ZLB零损耗深度限流工作原理

4.1限流原理（见图3）

图3　

4.2工作过程描述

正常工作时，快速换流器处于常闭状态，将限流电抗器金属性短路，整体表现阻抗为零；当发生短路时，测控保护装置监测到短路电流大于设定值，快速换流器利用快速涡流驱动机构，在7~15ms内将限流电抗器投入回路，限制短路容量，可将短路电流限制到50%以下。短路故障切除后，可立即恢复，即将电抗器快速短接，实现零损耗运行。

4.3零损耗深度限流装置的特点

4.3.1动作速度快本装置能在系统发生短路的7～15毫秒内将短路电流开断，深度限流电抗器将短路电流降至50%以下，使用高速涡流驱动开关，实现5毫秒分闸，10毫秒合闸。同时测控单元使用高精度、高速数模转换器，对系统电流进行检测，当电流大于设定值时，在2毫秒内通过高速DSP技术和专用算法，快速计算短路电流及电流过零点的精确时刻，并在过零点之前发出动作信号，驱动开关在过零点之前切断电路，确保燃弧时间最短，在7～15毫秒内将短路电流换入深限流电抗器中。短路故障切除后，测控单元自动检测到母线电压回升时，发出合闸命令，高速真空断路器合闸，限流电抗器退出运行。

4.3.2开断能力强进口开关包括三项独立动作，利用对触头刚分时间的合理控制，确保各项动作均为临界过零开断，使燃弧时间最小，短路开断能力可轻松达到80KA。

4.3.3限流效果好电抗器正常运行时，无电流通过，电能零损耗，零压降。在短路发生时投入工作，短路电流限制在预期短路电流值的50%以下，从而在发生短路的过程中将短路电流大大降低，变压器免受巨大的短路电流冲击，系统内断路器开断能力相应降低。

4.3.4使用寿命长开关使用高速涡流驱动机构，比普通断路器的操作机构运动简单，且使用简单的直线运动，没有复杂的传动机构，磨损极小，机械寿命及可靠性大大提高。同时，本装置系统过零点开断，燃弧量不到普通断路器的10%，触头烧灼小，触点电寿命长，深限流电抗器无短路发生时，处于零损耗，不发热，无压降状态，使用寿命长。

4.3.5性能更可靠本装置核心部件均为国外生产，在强电磁干扰环境下仍能可靠运行。同时，电子控制器带有实时自检功能，信息均可受后台监控。

4.3.6动作分散度小由于大幅度地缩短了合闸时间并配置了直接驱动的高速涡流驱动机构，合闸分散度可以控制在0.1毫秒以内[2]。

4.3.7合闸无反弹零损耗深度限流装置的主要配置为罗氏线圈、智能测控单元、高速涡流驱动开关和限流阻抗，可加装防触头撞击装置，确保合闸无反弹。

5　经济效益分析

目前解决电力系统短路电流超标问题，电力行业有以下几方面的措施，现针对这些措施从经济和效果上做简单分析。

通过长期在线路中串联一只电抗器，限制短路电流，但若限流电抗的阻抗大，则降低了变压器的输送功率；反之则限流深度不够。限流电抗器长期运行，也不符合低碳的精神。

高阻抗变压器采取增加漏磁的方法限制短路电流。但将增加高达上百万的设备投资，另外高阻抗变压器正常运行时也会带来巨大的电能损耗。

本次扩建工程为与一期保持一致，实施的方案为串联电抗器限流方案。在变压器低压侧串入一只电抗率为10%的普通限流电抗器，会产生巨大的功耗具体见表4。

表4　单套三相电抗器年损耗计算表

综上所述解决系统短路电流超标问题，大容量断路器给企业增加了一次性投资，并且无法避免主变受短路电流冲击而损坏的事故发生。限流电抗器方案和高阻抗变压器方案都存在投资成本高、运行成本大的问题，尽管限流电抗器方案造价较低，但在一次性投资方面节省的效益仍不能抵消电能损耗带来的经济损失。

较之传统的解决方案，ZLB零损耗深度限流器采用原装进口高速涡流驱动大容量开关与深度限流电抗器并联的一体化设计，具有运行时无电能损耗，无压降；短路时投入高阻抗快速；短路故障切除后能自动恢复等优点。这一点也是大容量快速开断装置并联电抗器所无法达到的，从而省却了很多设备维护更新的花费。

6　结语

该装置在集团电厂的应用实例中得到证实，此方案实施后运行安全稳定可靠；节能效果明显，二年多收回成本，且装置节能效果能持续有效；系统简单，稳定可靠性好，可长时间运行，操作方便，维护量小。

[1]程艳兵，汪志鹏，祁福.零损耗深度限流装置的优化与运用[J].铜业工程，2012（4）：41-44.

[2]邬自健，唐剀.阻流电抗器与可恢复式大容量高速开关装置的组合应用[J].江西冶金，2014（5）：35-37.

（责任编辑杨荔晴）

Application of Zero Loss Depth Limiting Device in Power Plant System

GONG Zhi-jian
(Jiangsu Meilan Thermal Power Co.,Ltd.,Taizhou Jiangsu 225300,China)

In order to reduce the power loss in the normal operation of the reactor,production cost and insure the safe operation,rehabilitation is carried out for 10KV factory using depth limiting device technology,which can greatly reduce power consumption.This device can achieve zero loss of the reactor,play the role in the current limit and ensure the safety of the 10KV plant bus operation.

zero loss;depth limiting device;primary electrical system;energy conservation

TM471

A

1671-0142（2016）02-0053-04

宫志坚（1968-），女，江苏泰州人，工程师.