基于快速断路器的故障限流器在220kV系统中的运用

薄肖飞 刘义斌

摘   要：使用限流电抗器限制短路电流是目前发供电系统中的常见做法，但安装限流电抗器会有一定有功损耗，并吸收发电机无功，使得电厂的电压无功指标达不到电网要求。国泰新华电厂安装了220kV快速断路器与限流电抗器并联，正常运行时快速断路器将限流电抗器旁路，经验证系统运行稳定可靠，在发生电网短路故障时可以确保继电保护和一次设备可靠工作。

关键词：故障限流  快速断路器  短路电流限制

中图分类号：TM561                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）12（a）-0044-03

近年来，随着电力建设的不断发展，发电机的容量单机容量不断增加，低阻抗变压器的大量应用，使得系统短路电流水平越来越高。为了限制短路电流，在系统中串联限流电抗器成为常见做法。例如国泰新华电厂采用的220kV断路器为常规的液压蝶簧式SF6断路器，额定短路开断电流为63kA，短路电流计算值接近该值，为了限制短路电流保证断路器能可靠分断，原先主变和220kV母线之间就串联了一个型号为XKK-220-1500-12，额定阻抗10Ω的电抗器。但这样又带来新的问题：

（1）正常运行时限流电抗器本身会有一定的损耗，长久积累也是一笔不小的费用。

（2）电网对电厂电压和无功都有一定要求，加装电抗器后吸收大量无功，国泰新华电厂为自备性质，为满足系统电压无功要求，用电侧要大量配置电容器组等无功补偿设备。

1  改进措施和现场实施

1.1 增加快速断路器

为了降低以上问题对系统造成的影响，国泰新华电厂进行了技改，在220kV侧加装了一套南京南瑞继保电气有限公司生产的快速断路器，该套断路器为模块化设计，由四个单相断路器串联在一起构成，整体安装在室外的钢支架上。快速断路器的灭弧室为真空灭弧室，操作机构采用涡流驱动电磁斥力操作机构。电磁斥力操作机构主要由斥力线圈、斥力盘以及连杆组成，当斥力线圈上流过一定幅值的脉冲电流时，斥力盘将产生感应涡流，感应涡流产生的磁场方向与线圈脉冲电流产生的磁场方向相反，从而在盘和线圈之间产生斥力，推动斥力盘运动，斥力盘与真空灭弧室的动触头连接，盘的运动从而带动了动触头运动，完成快速分闸。由于采用了此种操作机构，快速断路器的动作速度远远快于220kV普遍采用的液压蝶簧操作机构的断路器，其额定分闸时间仅为5ms，额定合闸时间为20ms快速断路器与原有的限流电抗器并联，形成无损耗故障限流装置，该装置在正常运行时不需要任何操作，基本实现零操作零维护。

1.2 快速断路器对系统的影响分析

在电网正常运行时，快速断路器处于合闸状态，将限流电抗器旁路，运行电流从主变经快速断路器流入电网，故只有极小的线路损耗。快速断路器的控制装置对线路电流进行实时监测，当监测到线路发生短路故障时，经过故障检测时间发出断路器自动分闸命令，经过固有分闸时间和燃弧时间后，快速断路器在短路电流过零点开断，将限流电抗器串入线路，增加系统阻抗，保证线路断路器能可靠动作。控制装置是基于线路电流瞬时值进行故障信号检测的，当任一相故障量的绝对值大于相应保护定值时，该装置都会发出自动分闸信号控制断路器分闸。

线路断路器切除线路短路故障后，三相线路电流在故障发生一定时间后降低到正常运行水平或者母线电压恢复到正常水平后，快速断路器的控制装置判断符合重合闸条件，装置将控制断路器自动合闸，将限流电抗器旁路，恢复到正常运行状态。

1.3 现场实施

该快速断路器安装较为便利，国泰新华电厂安装的两台快速断路器均利用机组计划检修期间完成，土建、安装、调试、试验时间加一起约30～40d，随发电机组启动后投入运行。

2  实际动作情况分析

2.1 实际动作的报文和波形

2019年8月29日6时17分，电网发生一起短路故障，下图摘录的故障瞬间变电站综合自动化系统部分SOE报文见表1。

从动作报文来看，2019年8月29日6时17分29秒快速开关自动分闸，投入限流电抗器，17分34秒快速开关自动重合，恢复到零阻抗状态，动作期间站内未见异常。

故障录波捕捉到的故障波形文件见图1。

2.2 动作情況分析

从波形文件可以看出，故障瞬间电流幅值达到2950A超过动作定值，快速开关自动分闸。根据快速开关三相电流波形可以看出，从检测到故障电流到三相开关完全过零开断时间分别为4.7ms、6.4ms、7.6ms，即经过短路电流大半波之后限流电抗器即投入系统，限流前后线路电流幅值从2950A降至2400A。50ms后，故障线路相关继电保护和断路器动作切除故障，线路电流降低。期间供电系统相关发电机、主变压器及继电保护装置均正常工作，未引起任何保护误动作和发电机不正常工作。

3  结语

使用限流电抗器与快速断路器并联的装置组合，在正常运行时可将限流电抗器的损耗忽略不计，在系统发生短路故障时，线路断路器动作前快速断路器迅速分开，将限流电抗器串入系统，达到限制短路电流的目的。

参考文献

[1] 艾绍贵，马奎，吴旭涛，等.快速真空断路器在电力系统中的应用[J].电工电气，2016（5）：1-5.

[2] 陈水明，王威，杨鹏程.限流电抗器对输电线路工频过电压的影响[J].电网技术，2010，34（3）：193-196.

[3] 南京南瑞继保电气有限公司.PCS-9517故障限流器（FCL）系统说明书[Z].2018.