大容量高速開(kāi)關(guān)裝置（FSR）的原理分析及應用探討

1.原理分析

大容量高速開(kāi)關(guān)(FSR)又被稱(chēng)為故障電流限制器、快速開(kāi)關(guān)、高速限流保護開(kāi)關(guān)、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(kāi)斷。FSR原理接線(xiàn)圖見(jiàn)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(xiàn)中的電流幾乎全部流過(guò)高壓載流橋體FS。當系統發(fā)生短路事故時(shí)，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(jìn)行信號的分析和處理。若短路電流信號超過(guò)整定值，ZK將發(fā)出點(diǎn)火信號，通過(guò)高壓脈沖變壓器MB，使高壓載流橋體FS在幾百微秒的時(shí)間內高速斷開(kāi);在其斷口開(kāi)斷的過(guò)程中，故障電流轉移到特種高壓限流熔斷器FU中，由FU 最后開(kāi)斷短路電流，切除故障。在FU熔斷過(guò)程中，線(xiàn)路上可能會(huì )產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)電壓，此時(shí)高能氧化鋅電阻FR對其進(jìn)行限壓。各部分的動(dòng)作時(shí)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(diǎn)火信號;

t=t2 快速隔離器打開(kāi)，電流轉移到熔斷器中;

t=t3 熔斷器開(kāi)始起弧;

t=t4 熔斷器內電弧熄滅，故障電流被徹底開(kāi)斷，(t3～t4)為熔斷器的燃弧時(shí)間。

由此可見(jiàn)，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(shí)際通過(guò)電力設備的短路電流的峰值ic在第一個(gè)半波被限制到預期短路電流峰值的(15～45)%，短路電流的持續時(shí)間為5 ms左右，保護了電力系統主設備免受損壞。大容量高速開(kāi)關(guān)的技術(shù)參數見(jiàn)表1。

2.大容量高速開(kāi)關(guān)與斷路器的比較

斷路器的開(kāi)斷時(shí)間約為60～200ms; 斷路器開(kāi)斷過(guò)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(dòng)力的沖擊，仍有可能損壞;普通斷路器開(kāi)斷能力很有限,額定短路開(kāi)斷電流小于50kA，在發(fā)電機出口等很多情況下不能滿(mǎn)足要求;采用開(kāi)斷能力特大的發(fā)電機斷路器則價(jià)格非常昂貴，而且發(fā)電機斷路器也無(wú)限流功能。

大容量高速開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷時(shí)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(jìn)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(kāi)關(guān)開(kāi)斷能力強，可開(kāi)斷預期值為120～200kA的短路電流，價(jià)格遠比國外同類(lèi)產(chǎn)品便宜。 專(zhuān)用于出口短路等災難性短路事故的保護，動(dòng)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(kāi)關(guān)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(shí)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(shù)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(xiàn)如圖3所示。將FSR與限流電抗器或變電站原來(lái)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(shí)電抗器被FSR短接而不起作用。短路故障發(fā)生時(shí)，FSR高速開(kāi)斷，將電抗器投入起限流作用。