大容量高速開(kāi)關(guān)裝置（FSR）的原理分析及應用探討

以一臺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(wú)功損耗?？梢怨澕s裝設補償電容器的投資，已經(jīng)裝設的變電站，可以少投一些補償電容器。有利于改善系統的功率因數。

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

③除無(wú)功損耗外，電抗器有功損耗也相當可觀(guān)，采用FSR后,有功損耗不到300W，年節約電費約50萬(wàn)元。從這點(diǎn)上看，FSR起到了節能降耗的作用，這符合我國節約能源的國策。

④不影響原有繼電保護裝置的整定，使老變電站改造變得很容易。

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

⑥避免采用高阻抗變壓器。

3.2使分段母線(xiàn)并列運行

大容量高速開(kāi)關(guān)使分段母線(xiàn)閉合運行主接線(xiàn)如圖4所示，在母聯(lián)開(kāi)關(guān)的位置串接一臺FSR，正常運行時(shí)母聯(lián)斷路器處于合閘位置，而不是傳統的母聯(lián)斷路器處于分閘位置。僅在出線(xiàn)發(fā)生短路、且預期短路電流值超過(guò)FSR整定值時(shí)，短路電流限制器才動(dòng)作，隨后母聯(lián)斷路器分斷，使雙母線(xiàn)分裂運行。在國外，這種應用方式約占到FSR總應用的50%。其優(yōu)點(diǎn)是：

①降低網(wǎng)絡(luò )阻抗，改善電能質(zhì)量;

②變電站擴建或變壓器增容后，無(wú)須更換所有出線(xiàn)斷路器，從而節約大量投資;

③提供閉環(huán)運行的可能性，提高供電可靠性。

④優(yōu)化負荷分配，增強系統的電壓調整能力。

3.3發(fā)電機或變壓器出口的短路保護

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

大容量發(fā)電機出口短路時(shí)，由發(fā)電機提供的短路電流的周期分量可超過(guò)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(wú)法使用。解決的辦法之一是采用昂貴的發(fā)電機專(zhuān)用斷路器作為斷路保護，此辦法的缺點(diǎn)是不限流，相關(guān)的電氣設備仍然要冒很大的被短路電流損壞的風(fēng)險。辦法之二采取發(fā)電機—變壓器組死連接，二者之間用封閉母線(xiàn)的方式，以期避免相間短路的發(fā)生，此種接線(xiàn)方式的缺點(diǎn)是運行不靈活，變壓器高壓側斷路器操作/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(chǎng)分支母線(xiàn)和廠(chǎng)高變的短路保護

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

當發(fā)電廠(chǎng)分支母線(xiàn)發(fā)生短路、或廠(chǎng)高變的高壓側或低壓側發(fā)生短路時(shí)，從發(fā)電機和系統兩方面同時(shí)向故障點(diǎn)提供短路電流，短路電流值比發(fā)電機出口短路時(shí)更大，考慮非周期分量后可達150～200 kA。盡管發(fā)電廠(chǎng)的廠(chǎng)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(chǎng)的廠(chǎng)高變仍然頻頻損壞。如裝機容量1200MVA的某發(fā)電廠(chǎng)運行十余年來(lái)其6臺廠(chǎng)高變已經(jīng)全部燒壞過(guò)一次，每次廠(chǎng)高變的事故都導致發(fā)電機停機，給發(fā)電廠(chǎng)和社會(huì )造成巨大的損失。裝備限流器后，當發(fā)生災難性短路時(shí)，由限流器快速切斷短路電流，即可有效地防止廠(chǎng)高變的損壞。

3.5 地區火/水發(fā)電廠(chǎng)上網(wǎng)保護

地區火/水發(fā)電廠(chǎng)上網(wǎng)保護如圖7所示，某一個(gè)可以提供15kA短路電流的地區火/水電廠(chǎng)在上網(wǎng)后，使原先的斷路器的短路開(kāi)斷能力不足。為此，在上網(wǎng)電廠(chǎng)的出口安裝一臺限流器，可不更換原先裝備的斷路器不用增容改造便可繼續運行，節約了工程投資。

結論

大容量快速開(kāi)關(guān)因其獨有的快速可靠的切斷能力，使其可以在發(fā)電及配電系統大量推廣應用，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。