電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究論文

1、 編號(hào)（學(xué)號(hào)）：編號(hào)（學(xué)號(hào)）：12244001畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 （ 2012 屆本科）屆本科）題題 目：目： 電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 學(xué)學(xué) 院：院： 信息與電氣工程學(xué)院信息與電氣工程學(xué)院 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)：業(yè)： 農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化 姓姓 名：名： 于晟旻于晟旻 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 吳秀華吳秀華 完成日期：完成日期： 2012 年年 05 月月 30 日日目目 錄錄摘 要 .1ABSTRACT .21.電抗器概述 .31.1 電抗器的原理 .31.2 電抗器的結(jié)構(gòu) .31.3 電抗器的分類(lèi) .41.4 電抗器的作用 .41.5 電抗器產(chǎn)品名

2、稱(chēng)及功能 .51.6 電抗器的接線方法 .52.限流電抗器在電力系統(tǒng)中的作用分析 .62.1 限流電抗器在 35kv 以下線路的作用.62.1.1 串接限流電抗器在 35kV 側(cè)的作用 .62.1.2 串接限流電抗器在 04kV 側(cè)的作用 .72.1.3 融冰電抗器.82.2 220 kV 變電站 10 kV 側(cè)限流電抗器對(duì)系統(tǒng)的影響.102.2.1 對(duì) 10kV 出線保護(hù)的影響 .102.2.2 對(duì) 220KV 主變壓器后備保護(hù)的影響 .112.2.3 相關(guān)結(jié)論 .112.3 500 kV 限流電抗器對(duì)瞬態(tài)電壓影響及過(guò)電壓耐受分析 .112.3.1 系統(tǒng)狀況 .122.3.2 瞬態(tài)恢復(fù)電壓計(jì)

3、算 .122.3.3 本期瞬態(tài)恢復(fù)電壓計(jì)算 .122.3.4 限值措施 .132.3.5 結(jié)論 .143.限流電抗器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例分析 .153.1 短路電流限流開(kāi)斷器.153.1.1 短路電流限流開(kāi)斷器的結(jié)構(gòu) .153.1.2 FCLI 裝置工作原理.163.1.3 FCLI 裝置特點(diǎn).163.1.4 應(yīng)用實(shí)踐.163.1.5 結(jié)論 .173.2 大容量高速開(kāi)關(guān)與限流電抗器并聯(lián)運(yùn)行應(yīng)用.173.2.1 實(shí)例問(wèn)題 .17 3.2.2 FSR 裝置.183.2.3 FSR 的參數(shù)選擇.193.2.4 應(yīng)用效果 .214.結(jié)論與分析 .224.1 限流電抗器的原理作用分析總結(jié) .224.2

4、 限流電抗器的應(yīng)用實(shí)例綜合分析 .234.2.1 短路電流限流開(kāi)斷器(簡(jiǎn)稱(chēng)限流器或 FCLI ) .234.2.2 大容量高速開(kāi)關(guān)與限流電抗器并聯(lián)運(yùn)行應(yīng)用（FSR 裝置） .235.限流電抗器行情的回顧與展望 .245.1 我國(guó)限流電抗器行情回顧 .245.2 電抗器未來(lái)發(fā)展前景 .24參考文獻(xiàn) .26致 謝 .28電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 0摘摘 要要 本文在宏觀方面研究限流電抗器在電力系統(tǒng)的作用原理和應(yīng)用.電力系統(tǒng)接入限流電抗器，可有效解決電力系統(tǒng)短路電流過(guò)大的問(wèn)題，但同時(shí)也會(huì)影響斷路器暫態(tài)恢復(fù)電壓、輸電線路工頻過(guò)電壓以及操作過(guò)電壓的大小。限流電抗器的引入，使得由空載輸電長(zhǎng)線路的電容

5、效應(yīng)、不對(duì)稱(chēng)短路以及甩負(fù)荷引起的工頻過(guò)電壓增大至 1.29 pu，略低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)限值 1.3 pu。建議在安裝限流電抗器之前，對(duì)線路工頻過(guò)電壓進(jìn)行校核，以保證運(yùn)行安全。 采用電抗器限制500 kV 線路的短路電流是一種可行的方法。但在限制短路電流的同時(shí)，電抗器的引入會(huì)引起斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓的變化，分析不同短路情況下電抗器對(duì)瞬態(tài)恢復(fù)電壓的影響，分析表明，三相短路時(shí)對(duì)瞬態(tài)恢復(fù)電壓的影響要比單相短路時(shí)嚴(yán)重，采用并聯(lián)電容器的方法可以降低瞬態(tài)恢復(fù)電壓的影響，但要求的電容器容量較大。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：限流電抗器；瞬態(tài)電壓；并聯(lián)電容器；工頻過(guò)電壓沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文1Abstract In this th

6、esis, limiting reactor at the macro in the role and application of the power system, Current-Limiting Inductor (CLI) is used to limit the magnitude of fault current in power systems. Meanwhile,the introducing of CLI will change the transient recovery voltage (TRV) of circuit breaker, power frequency

7、 overvoltage and switching overvoltage of transmission line. Simulation results show that configuring CLI will make power frequency overvoltage, caused by capacitance effects of long distance transmission line, asymmetry grounding faults and load rejection of line, rising up to 1.29 pu, namely sligh

8、tly lower than the limit 1.3 pu specified in industrial standard. It is recommended that check of line overvoltage should be done before CLI is installed in transmission line. Air-cored current-limiting inductor (CLI)is used to limit the magnitude of fault current in 500 kV power systemWhile limitin

9、g short circuit current，effects of CLI on transient recovery voltage (TRV )are researched in this paperCombining with the project of East China power system，the effects of CLI on TRV is analyzed in detailThe results show that the effect of three-phase short circuit is serious than that of singlephas

10、e short circuit，and parallel capacitor can reduce the TRV ，but the capacitance is too largeKeywords: Currentlimiting inductor；Transient recovery voltage；Paralleled capacitor;Power frequency overvoltage電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 21.1.電抗器概述電抗器概述1.11.1 電抗器的原理電抗器的原理電抗器也叫電感器，一個(gè)導(dǎo)體通電時(shí)就會(huì)在其所占據(jù)的一定空間范圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以所有能載流的電導(dǎo)體都有一

11、般意義上的感性。然而通電長(zhǎng)直導(dǎo)體的電感較小，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不強(qiáng)，因此實(shí)際的電抗器是導(dǎo)線繞成螺線管形式，稱(chēng)空心電抗器；有時(shí)為了讓這只螺線管具有更大的電感，便在螺線管中插入鐵心，稱(chēng)鐵心電抗器。電抗分為感抗和容抗，比較科學(xué)的歸類(lèi)是感抗器（電感器）和容抗器（電容器）統(tǒng)稱(chēng)為電抗器，然而由于過(guò)去先有了電感器，并且被稱(chēng)為電抗器，所以現(xiàn)在人們所說(shuō)的電容器就是容抗器，而電抗器專(zhuān)指電感器。電抗器是電力系統(tǒng)中用于限制短路電流、無(wú)功補(bǔ)償和移相等的電感性高壓電器。由金屬導(dǎo)線繞制而成具有電抗，用以減小短路電流的電氣設(shè)備。按其繞組內(nèi)有無(wú)主鐵心分為鐵心式電抗器和空心式電抗器。最通俗的講，能在電路中起到阻抗的作用的東西，我們叫它

12、電抗器。 電力網(wǎng)中所采用的電抗器，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)無(wú)導(dǎo)磁材料的空心線圈。它可以根據(jù)需要布置為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生數(shù)值很大的短路電流。如果不加以限制，要保持電氣設(shè)備的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定是非常困難的。因此，為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求，常在出線斷路器處串聯(lián)電抗器，增大短路阻抗，限制短路電流。在應(yīng)用了電抗器以后，發(fā)生短路時(shí)， 電抗器上的電壓降落較大，所以也起到了維持母線電壓水平的作用，使母線上的電壓波動(dòng)較小，保證了非故障線路上的用戶電氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。1.21.2 電抗器的結(jié)構(gòu)電抗器的結(jié)構(gòu)(1) 該進(jìn)線電抗器為三相，均為鐵芯干式。 (2) 鐵芯采用優(yōu)質(zhì)低損耗進(jìn)

13、口冷軋硅鋼片，氣隙采用環(huán)氧層壓玻璃布板作間隔，以保證電抗器氣隙在運(yùn)行過(guò)程中不發(fā)生變化。 (3) 線圈采用 H 級(jí)漆包扁銅線繞制，排列緊密且均勻，外表不包絕緣層，且有極佳的美感且有較好的散熱性能。 (4) 進(jìn)線電抗器的線圈和鐵芯組裝成一體后經(jīng) 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3圖圖 1 電氣設(shè)備電抗器電氣設(shè)備電抗器 過(guò)預(yù)烘真空浸漆熱烘固化這一工藝流程，采用 H 級(jí)浸漬漆，使電抗器的線圈和鐵芯牢固地結(jié)合在一起，不但大大減小了運(yùn)行時(shí)的噪音，而且具有極高的耐熱等級(jí)，可確保電抗器在高溫下亦能安全地?zé)o噪音地運(yùn)行。 (5) 進(jìn)線電抗器芯柱部分緊固件采用無(wú)磁性材料，減少運(yùn)行時(shí)的渦流發(fā)熱現(xiàn)象。 (6) 外露部件均采取了

14、防腐蝕處理，引出端子采用鍍錫銅管端子。 1.31.3 電抗器的分類(lèi)電抗器的分類(lèi)按結(jié)構(gòu)及冷卻介質(zhì)、按接法、按功能、按用途進(jìn)行分類(lèi)。 (1) 按結(jié)構(gòu)及冷卻介質(zhì)：分為空心式、鐵心式、干式、油浸式等，例如干式空心電抗器、干式鐵心 電抗器、油浸鐵心電抗器、油浸空心電抗器、夾持式干式空心電抗器、繞包式干式空心電抗器、水泥電抗器等。 (2) 按接法：分為并聯(lián)電抗器和串聯(lián)電抗器。 (3) 按功能：分為限流和補(bǔ)償。 (4) 按用途：按具體用途細(xì)分，例如限流電抗器、濾波電抗器、平波電抗器、功率因數(shù)補(bǔ)償電抗器、串聯(lián)電抗器、平衡電抗器、接地電抗器、消弧線圈、進(jìn)線電抗器、出線電抗器、飽和電抗器、自飽和電抗器、可變電抗器

15、（可調(diào)電抗器、可控電抗器） 、軛流電抗器、串聯(lián)諧振電抗器、并聯(lián)諧振電抗器等。 電抗器作為無(wú)功補(bǔ)償手段，在電力系統(tǒng)中是不可缺少的。 1.41.4 電抗器的作用電抗器的作用電力系統(tǒng)中所采取的電抗器常見(jiàn)的有串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電抗器，串聯(lián)電抗器通常起限流作用也有在濾波器中與電容器串聯(lián)或并聯(lián)用來(lái)限制電網(wǎng)中的高次諧波，并聯(lián)電抗器經(jīng)常用于無(wú)功補(bǔ)償。超高壓并聯(lián)電抗器有改善電力系統(tǒng)無(wú)功功率有關(guān)運(yùn)行狀況的多種功能，主要包括： (1) 輕空載或輕負(fù)荷線路上的電容效應(yīng)，以降低工頻暫態(tài)過(guò)電壓。 (2) 改善長(zhǎng)輸電線路上的電壓分布。 (3) 使輕負(fù)荷時(shí)線路中的無(wú)功功率盡可能就地平衡，防止無(wú)功功率不合理流動(dòng) 同時(shí)也減輕了線路

16、上的功率損失。 (4) 在大機(jī)組與系統(tǒng)并列時(shí) 降低高壓母線上工頻穩(wěn)態(tài)電壓，便于發(fā)電機(jī)同期并列。 (5) 防止發(fā)電機(jī)帶長(zhǎng)線路可能出現(xiàn)的自勵(lì)磁諧振現(xiàn)象。 (6) 當(dāng)采用電抗器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地裝置時(shí)，還可用小電抗器補(bǔ)償線路相間及相電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 4地電容，以加速潛供電流自動(dòng)熄滅，便于采用。 1.51.5 電抗器產(chǎn)品名稱(chēng)及功能電抗器產(chǎn)品名稱(chēng)及功能(1)進(jìn)線電抗器：亦稱(chēng)換相電抗器，用于電網(wǎng)進(jìn)線中，通過(guò)的是交流電流，進(jìn)線電抗器的作用是限制變流器換相時(shí)電網(wǎng)側(cè)的壓降和晶閘管的電流上升率 di/dt 和電壓上升率 du/dt，以及并聯(lián)變流器組的解耦。 (2)并聯(lián)電抗器：里面通過(guò)的交流，并聯(lián)電抗

17、器的作用是補(bǔ)償系統(tǒng)的容抗。通常與晶閘管串聯(lián)，可連續(xù)調(diào)節(jié)電抗電流。 (3)串聯(lián)電抗器：里面通過(guò)的是交流，串聯(lián)電抗器的作用是與補(bǔ)償電容器串聯(lián)，對(duì)穩(wěn)態(tài)性諧波（5、7、11、13 次）構(gòu)成串聯(lián)諧振。通常有 56%電抗器，屬于高感值電抗器。(4)調(diào)諧電抗器：里面通過(guò)的是交流電，串聯(lián)電抗器的作用是與電容器串聯(lián)，對(duì)規(guī)定的 n 次諧波分量構(gòu)成串聯(lián)諧振，從而吸收該諧波分量，通常 n=5、7、11、13、191.61.6 電抗器的接線方法電抗器的接線方法ABC XYZ 六個(gè)端子，你可以將 ABC 作為電抗器進(jìn)線端，XYZ 作為電抗器出線端；也可以將XYZ 作為電抗器進(jìn)線端，ABC 作為電抗器出線端。這沒(méi)有什么具體

18、的進(jìn)線、出線的順序要求，你怎么接都行，對(duì)變頻器不會(huì)有影響。只是注意一點(diǎn)：ABC、XYZ 這兩套端子，接線時(shí)不能互相交叉。圖中上三個(gè)端子為 ABC 下三個(gè)端子為 XYZ圖圖 2 電抗器電抗器 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文52.2.限流電抗器在電力系統(tǒng)中的作用分析限流電抗器在電力系統(tǒng)中的作用分析2.12.1 限流電抗器在限流電抗器在 35kv35kv 以下線路的作用以下線路的作用3504 kV 系統(tǒng)由于其占建筑面積少，而受到城市中心地區(qū)用電大戶的歡迎，但該系統(tǒng)對(duì)供配電網(wǎng)絡(luò)而言，一般不提倡使用。尤其是當(dāng)?shù)貐^(qū) 35 kV 開(kāi)關(guān)倉(cāng)離用戶站距離較近的情況下，其線路長(zhǎng)度小于瞬時(shí)電流速斷裝置能選擇性動(dòng)作的最小允許

19、長(zhǎng)度就有可能因?yàn)橛脩粽?35kV 末端發(fā)生故障，越級(jí)引起上級(jí)保護(hù)裝置動(dòng)作，從而擴(kuò)大停電范圍；同時(shí)由于 3504kV 系統(tǒng)的低壓側(cè)短路電流比 351004kV 系統(tǒng)的要大，對(duì)變電所低壓配電屏的斷路器短路分?jǐn)嗄芰Φ囊笠蚕鄳?yīng)提高。筆者 1997 年在上海城區(qū)中心某商業(yè)建筑中，在 3504kV 系統(tǒng)的高壓側(cè)串接限流電抗器，起到了較好的作用，該工程 3504kV 系統(tǒng)主接線如下圖所示。該系統(tǒng)中， 系統(tǒng)短路容量 S =1 500 NVA；電抗器 U =35kV、lr=01kA、X =5 ；變壓器 3504kV、S =2 500kVA、U =6 ；高壓電纜 XLl=XL2=XL3=0.003 Q；低壓母線

20、 XL4=0.03mQ 。2.1.12.1.1 串接限流電抗器在串接限流電抗器在 35kV35kV 側(cè)的作用側(cè)的作用 (1)35kV進(jìn)戶端A點(diǎn)三相短路電流(周期分量有效值)；kAXXUISUXSSjAsjs4 .23)3/(37)3/(913. 01500/37/1)3(2*21 (2)35kV進(jìn)戶末端B點(diǎn)三相短路電流當(dāng)35kV側(cè)未設(shè)置串接限流電抗器時(shí)；電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 6kAXUIXXXXXSjBLSLL32.23)916. 03/(37)3/(916. 0003. 0913. 001)3(3121當(dāng)35kV側(cè)設(shè)置串接限流電抗器時(shí)圖圖3 3 某工程某工程35/0.4kV35/0

21、.4kV系統(tǒng)主接線圖系統(tǒng)主接線圖 kAXUIXXXXXXIUXXjBkLLLSrrkk94. 1)026.113/(37)3/(026.11104.103003. 0913. 0104.10) 1 . 03100/(355)3100/(%21)3(3212 (3) 小結(jié)對(duì)3504kV用戶站而言，電抗器前僅有進(jìn)線總開(kāi)關(guān)及電能計(jì)量元件，而電抗器后有高壓避雷器、饋線開(kāi)關(guān)、變壓器等，理想的保護(hù)應(yīng)是用戶進(jìn)線總開(kāi)關(guān)后的短路故障保護(hù)僅動(dòng)作于用戶進(jìn)線總開(kāi)關(guān)，而不動(dòng)作于上一級(jí)。在35kV高壓側(cè)串接限流電抗器后，由于其明顯的限流特性，得限流電抗器后的短路電流值顯著降低。這樣，就有條件通過(guò)繼電保護(hù)的靈敏度及整定值的

22、設(shè)定，確保在限流電抗器后的短路故障保護(hù)僅動(dòng)作于用戶進(jìn)線總開(kāi)關(guān)。結(jié)論：限流電抗器在3504kV系統(tǒng)中有利于高壓側(cè)的繼電分級(jí)保護(hù)，有利于用戶站35kV電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。2.1.22.1.2 串接限流電抗器在串接限流電抗器在 0 04kV4kV 側(cè)的作用側(cè)的作用 (1)當(dāng)35 kV側(cè)未設(shè)置串接限流電抗器時(shí)，04kV低壓母排C點(diǎn)三相短路電流沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文7kAXUImXXUUXXmSUUXjCLljjlrlll07.58)977. 33/(400)3/(977. 303. 084. 3)37/4 . 0(916)/(84. 3)2500100/(4006)100/(%32)3(242121

23、322式中： 變壓器阻抗電壓百分值；lU 變壓器額定電壓(線電壓)(kV)；rlU 變壓器額定容量(kVA)；lS 變壓器電抗(Q)；lX 04kV側(cè)C點(diǎn)短路電流(kA)3(CI (2)當(dāng)35kV側(cè)設(shè)置串接限流電抗器時(shí)，04kV低壓母排C點(diǎn)三相短路電流.kAXUImXXUUXXjCLljj76.44)159. 53/(400)3/(159. 503. 084. 3)37/4 . 0(11026)/(42)3(2421224 (3)小結(jié)通過(guò)對(duì)3504kV系統(tǒng)低壓側(cè)c點(diǎn)的短路電流的計(jì)算，當(dāng)35kV側(cè)未設(shè)置限流電抗器時(shí)，c點(diǎn)的短路電流值為5807kA。因此變電所低壓側(cè)一級(jí)斷路器應(yīng)選擇分?jǐn)嗄芰?5k

24、A的短路保護(hù)電器。由于低壓側(cè)斷路器數(shù)量很多，并有斷路器第一級(jí)與第二級(jí)間的分?jǐn)嗄芰ε浜蠁?wèn)題，所以當(dāng)35kV側(cè)未設(shè)置限流電抗器時(shí)，低壓側(cè)選用高分?jǐn)鄶嗦菲鲿?huì)增加投資。當(dāng)35kV側(cè)設(shè)置限流電抗器時(shí)，c點(diǎn)的短路電流值為4476kA，因此變電所低壓側(cè)第一級(jí)斷路器可選擇分?jǐn)嗄芰?0kA的短路保護(hù)電器，低壓側(cè)可選用較低 級(jí)分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲?，雖增加了限流電抗器投資，但可降低數(shù)量眾多的低壓側(cè)短路保護(hù)電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 8電器的費(fèi)用。結(jié)論： 限流電抗器在3504kV系統(tǒng)中有利于降低低壓側(cè)的短路電流，降低低壓保護(hù)電器的工程投資，具有經(jīng)濟(jì)性。2.1.32.1.3 融冰電抗器融冰電抗器(1)用10kV電壓融

25、冰，以農(nóng)網(wǎng)最常用的LGJ一50導(dǎo)線為計(jì)算對(duì)象，直接融冰時(shí)最小長(zhǎng)度至少約30km，但主干線路大都在20km以內(nèi)。若對(duì)長(zhǎng)度為4km的線路融冰，需要串聯(lián)20 的電抗器。經(jīng)計(jì)算，電抗器的串聯(lián)值見(jiàn)表1從表的計(jì)算結(jié)果可以得出，只需與廠家定制，建議與240導(dǎo)線的融冰電流為限，可設(shè)定額定電流現(xiàn)目前使用的限流電抗器大都與電容器并聯(lián)使用，其額定電流較小，額定電抗值也較小且單一，無(wú)法滿足融冰的需要。表表1 串聯(lián)移動(dòng)限流電抗器各檔位對(duì)應(yīng)融冰長(zhǎng)度參考表串聯(lián)移動(dòng)限流電抗器各檔位對(duì)應(yīng)融冰長(zhǎng)度參考表20.015.010.07.55.02.50.0 序號(hào)線徑最大最大長(zhǎng)度長(zhǎng)度最小最小長(zhǎng)度長(zhǎng)度最大最大長(zhǎng)度長(zhǎng)度最小最小長(zhǎng)度長(zhǎng)度最大最

26、大長(zhǎng)度長(zhǎng)度最小最小長(zhǎng)度長(zhǎng)度最大最大長(zhǎng)度長(zhǎng)度最小最小長(zhǎng)度長(zhǎng)度最大最大長(zhǎng)度長(zhǎng)度最小最小長(zhǎng)度長(zhǎng)度最大最大長(zhǎng)度長(zhǎng)度最小最小長(zhǎng)度長(zhǎng)度最大最大長(zhǎng)度長(zhǎng)度最小最小長(zhǎng)度長(zhǎng)度1LGJ-50/817.23.924.311.031.418.12LGJ-70/109.60.018.65.327.614.332.018.73LGJ-95/2010.50.021.38.826.714.232.119.637.525.042.930.44LGJ-120/205.80.017.55.723.411.529.217.435.123.240.929.15LGJ-150/2511.81.118.27.524.513.930.920.

27、237.226.66LGJ-185/306.30.012.13.817.99.523.715.329.521.17LGJ-240/407.10.113.06.118.912.024.917.9 (2) 方法電容(抗)器單元的改造為融冰專(zhuān)用間隔現(xiàn)11OkV及以上變電站電容器單元均配置有電抗器，對(duì)于中北部凝凍災(zāi)害比較嚴(yán)重的地區(qū)，可對(duì)電容器單元進(jìn)行改造。利用現(xiàn)有場(chǎng)地將電抗器更換為融冰型電抗器，這樣可實(shí)現(xiàn)融冰設(shè)備的常態(tài)化管理，從而提高融冰速度和效果，真正做到以防為主。由于融冰電流可承受的幅度較大，若融冰電抗器長(zhǎng)置于電容器單元，可根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)果，取消最臨近設(shè)計(jì)值的一檔改為設(shè)計(jì)額定電抗值，也可以增加一檔為

28、設(shè)計(jì)值，以滿足日常運(yùn)行及融冰的雙重需要。還需對(duì)10kV的電容器單元的出線電纜進(jìn)行改造，以本站10kV的最大導(dǎo)線型號(hào)融冰電流匹配，選用相應(yīng)的電纜型號(hào)。改造費(fèi)用估算約為40萬(wàn)元/間隔。 (3) 優(yōu)點(diǎn)限流電抗器在融冰工作中可替代融冰用變壓器，優(yōu)點(diǎn)如下：1)體積小、重量輕、造價(jià)低、安裝較方便。以額定電抗值20Q、額定電流550A的限沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文9流電抗器為例，造價(jià)不超過(guò)20萬(wàn)元，其重量約為4t(而且可分體安裝、單支重量只有1t多)、只需普通車(chē)輛即可，在冰災(zāi)中受道路運(yùn)輸?shù)南拗戚^小，易于運(yùn)輸及安裝，能較大范圍實(shí)現(xiàn)移動(dòng)融冰。2)由于電抗器本身的特性，其故障的機(jī)率比變壓器低，利于長(zhǎng)期放置及日常運(yùn)行

29、維護(hù)。3)融冰范圍基本能覆蓋現(xiàn)有10kV線路，可調(diào)整和融冰的范圍大。4)可根據(jù)各條35kV及以下的線路長(zhǎng)度，確定串聯(lián)的電抗值，便于制定融冰一線一策，加快融冰效率和進(jìn)度。2.22.2 220220 kVkV 變電站變電站 1010 kVkV 側(cè)限流電抗器對(duì)系統(tǒng)的影響側(cè)限流電抗器對(duì)系統(tǒng)的影響220kV變電站1OkV側(cè)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，存在系統(tǒng)短路容量大、開(kāi)關(guān)遮斷容量不能滿足要求、10 kV故障幾率增加、主變后備保護(hù)靈敏度不足、串聯(lián)限流電抗器與無(wú)功補(bǔ)償電容器形成串聯(lián)諧振等問(wèn)題，一直限制著這種運(yùn)行模式的發(fā)展。目前，為了降低系統(tǒng)短路容量，減少故障幾率，220kV變電站10kV側(cè)采用加裝限流電抗器，僅帶無(wú)功補(bǔ)

30、償設(shè)備運(yùn)行的模式。由于曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)10 kV電容器故障，主變壓器后備保護(hù)靈敏度不足，導(dǎo)致事故擴(kuò)大的情況，使得220kV變電站選用10kV側(cè)帶負(fù)荷運(yùn)行慎之又慎，在一定程度上限制了一次系統(tǒng)的發(fā)展。)采用這種供電模式。若能解決220kV變電站10 kV側(cè)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的保護(hù)配置難題，滿足繼電保護(hù)選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性的要求，保障系統(tǒng)和設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，則能大大提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。下面就主變壓器10 kV側(cè)加裝限流電抗器后對(duì)系統(tǒng)的影響作簡(jiǎn)單分析。2.2.12.2.1 對(duì)對(duì) 10kV10kV 出線保護(hù)的影響出線保護(hù)的影響 (1)主變壓器參數(shù)計(jì)算以220kV變電站主變壓器容量為2180

31、MVA為例，參數(shù)如下：額定電壓 2308125121105 kV額定容量 18000kVA聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)Yn，yno，dl1額定電流 452A859A49487 A短路阻抗 230kV及121 kV線圈間14；230kV及l(fā)05kV線圈間23；121 kV及105kV線圈間7。短路阻抗約計(jì)算電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 10Xt1=(14+237)23180=0083，Xt2=(14+723)23180=00056，Xt3=(23+714)23180=0044。 (2)干式限流電抗器參數(shù)計(jì)算滿足105 kV開(kāi)關(guān)開(kāi)斷電流25 kA要求，電抗器標(biāo)幺阻抗值Xk=015。若以1

32、0kV帶負(fù)荷配置，型號(hào)為XKSCKL一10500014即：，N=5kA，UN=10kV，Xr=14。計(jì)算得Xk=(Xr100)(IBIN)(UNUB) =(1410o)(55005ooo)(10105) =015.若以l0kV僅帶電容器、站用變負(fù)荷配置，型號(hào)為XKSCKL一1020006，即：，=2kA，=10kV，Xr=6。計(jì)算得:NINU=( /100)(/)()KX%rXBINIBNUU/ = (6/100)(5500/2000)(10/10.5) =0.15。2.2.22.2.2 對(duì)對(duì) 220KV220KV 主變壓器后備保護(hù)的影響主變壓器后備保護(hù)的影響容量為180MVA的主變壓器，把1

33、0kV短路電流限制在25kA以下時(shí)，10kV側(cè)加裝限流電抗器后，即使主變壓器110kV側(cè)分裂運(yùn)行，主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)的靈敏度仍不能滿足要求。由此看來(lái)，220kV主變壓器10kV側(cè)帶負(fù)荷的變電站，10kV母線故障僅能靠主變壓器10kV側(cè)開(kāi)關(guān)切除故障，主變壓器高、中壓側(cè)后備保護(hù)滿足不了繼電保護(hù)整定計(jì)算規(guī)程中要求對(duì)主變壓器低壓母線故障有靈敏度的要求。2.2.32.2.3 相關(guān)結(jié)論相關(guān)結(jié)論加裝電抗器后主要造成主變壓器高、中壓側(cè)后備保護(hù)靈敏度不足，不能滿足繼電保護(hù)整定計(jì)算規(guī)程中要求主變壓器后備保護(hù)對(duì)主變壓器其它側(cè)母線故障有靈敏度的要求。且采用這種運(yùn)行方式的變電站10kV母線故障時(shí)僅能由主變壓器10k

34、V側(cè)后備保護(hù)切除，動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)，短路電流大，易造成設(shè)備損壞，且無(wú)后備保護(hù)動(dòng)作，造成事故擴(kuò)大。若參數(shù)選擇不當(dāng)，可能造成串聯(lián)諧振。沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文112.32.3 500500 kVkV 限流電抗器對(duì)瞬態(tài)電壓影響及過(guò)電壓耐受分析限流電抗器對(duì)瞬態(tài)電壓影響及過(guò)電壓耐受分析隨著電網(wǎng)的逐漸擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)有一些電網(wǎng)出現(xiàn)短路電流水平上升，有些500 kV變電站短路電流已接近或超過(guò)斷路器的開(kāi)斷容量，迫切需要限制電網(wǎng)的短路電流水平。限制斷路電流，除了解決斷路器的容量要求以外，直接減輕了斷路器的開(kāi)斷負(fù)擔(dān)，有助于減少維修并延長(zhǎng)壽命，并能限制流過(guò)重要電氣設(shè)備的短路電流，避免設(shè)備損壞；還能減少線路電壓損耗和發(fā)電機(jī)失步的

35、概率，同時(shí)也能減少故障時(shí)線路附近的電磁污染，降低對(duì)弱電系統(tǒng)的影響。限制斷路電流的措施有：發(fā)展高一級(jí)電壓等級(jí)電網(wǎng)；低壓電網(wǎng)分片或?qū)⒛妇€分列或分段運(yùn)行，甚至將電網(wǎng)解列；采用高阻抗變壓器；更換斷路器，選用開(kāi)斷容量更大的產(chǎn)品；采用串聯(lián)電抗器。上述方法各有特點(diǎn)，然而或多或少均會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，如降低電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，以及較高的成本并增加電力損耗等。相比之下，無(wú)論從技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)上比較，串聯(lián)電抗器是一種比較可行的方法。國(guó)際上，已有巴西、加拿大等國(guó)應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)，取得了良好的效果。國(guó)內(nèi)的一些工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，在配網(wǎng)中應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)，但在超高壓電網(wǎng)中還沒(méi)有應(yīng)用先例。最近，華東電網(wǎng)已決定采用電抗器限制短路電流，

36、對(duì)電抗器進(jìn)行了招標(biāo)。串聯(lián)電抗器有不可控和可控兩種，不可控電抗器屬于傳統(tǒng)的電抗器，具有運(yùn)行方式簡(jiǎn)單、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然會(huì)增加無(wú)功和有功損耗，有時(shí)會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并需對(duì)繼電保護(hù)方案作出修改?？煽仉娍蛊魇遣捎秒娏﹄娮蛹夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)對(duì)電網(wǎng)的影響很小，而在系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)又能快速限制短路電流(按工作原理不同，分為串聯(lián)諧振型和并聯(lián)諧振型)。串聯(lián)電抗器應(yīng)用于500 kV輸電系統(tǒng)，可有效地降低系統(tǒng)短路時(shí)的電流，減輕對(duì)斷路器的開(kāi)斷能力要求。但是，也會(huì)帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題，就是線路上串入電抗器以后，在斷路器開(kāi)斷短路電流時(shí)，會(huì)引起瞬態(tài)恢復(fù)電壓的增加，從而會(huì)引起斷路器重燃的事故。本文采用PSCADEMTDC程

37、序，結(jié)合我國(guó)第一個(gè)采用電抗器限制短路電流的工程華東電網(wǎng)500 kV泗涇一黃渡線路，計(jì)算分析了電抗器引入前后對(duì)斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓的影響，并提出改進(jìn)措施，降低瞬態(tài)恢復(fù)電壓。2.3.12.3.1 系統(tǒng)狀況系統(tǒng)狀況本工程在500 kV泗涇一黃渡的雙回線路的泗涇站一側(cè)各安裝1組500 kV 串聯(lián)電抗器。由于安裝串聯(lián)電抗器之后，瞬態(tài)恢復(fù)電壓水平會(huì)發(fā)生變化。以下根據(jù)華東電網(wǎng)提供的系統(tǒng)等值，分別在本期(2010年)和遠(yuǎn)景(2020年)兩個(gè)水平年下，對(duì)兩端已有斷路器的瞬態(tài)恢復(fù)電壓水平進(jìn)行計(jì)算。本期(2010年)和遠(yuǎn)景(2020年)兩個(gè)水平年的等值電網(wǎng)參考圖1電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 122.3.22.3.

38、2 瞬態(tài)恢復(fù)電壓計(jì)算瞬態(tài)恢復(fù)電壓計(jì)算根據(jù)GB 1984-2003中對(duì)瞬態(tài)恢復(fù)電壓的定義，瞬態(tài)恢復(fù)電壓(TRV)是指斷路器電弧熄滅后，在斷路器觸頭上出現(xiàn)的具有顯著瞬變特性的恢復(fù)電壓，通常由工頻分量和瞬態(tài)分量疊加而成。三相系統(tǒng)中的瞬態(tài)恢復(fù)電壓系指首開(kāi)斷相而言。2.3.32.3.3 本期瞬態(tài)恢復(fù)電壓計(jì)算本期瞬態(tài)恢復(fù)電壓計(jì)算單相短路短路發(fā)生位置在靠近黃渡變電站一側(cè)。這種情況下黃渡側(cè)和泗涇側(cè)斷路器的恢復(fù)電壓波形分別如圖4所示。圖中的直線是按照標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)出線端短路的恢復(fù)電壓給出的限值(下同)。由圖4所見(jiàn)，當(dāng)短路發(fā)生在靠近黃渡變電站側(cè)，黃渡側(cè)斷路器的瞬態(tài)恢復(fù)電壓第1波峰超過(guò)了限值，而泗涇側(cè)斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓第

39、1振蕩的陡度超過(guò)了限值。三相短路短路發(fā)生位置在靠近黃渡變電站一側(cè)。這種情況下黃渡側(cè)和泗涇側(cè)斷路器的恢復(fù)電壓波形分別如圖5所示。由圖5所見(jiàn)，當(dāng)短路發(fā)生在靠近黃渡變電站側(cè)，黃渡與泗涇側(cè)斷路器的瞬態(tài)恢復(fù)電壓第1振蕩幅值和陡度大大超過(guò)了限值，甚至第2振蕩的幅值還超過(guò)限值。沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文13 圖圖4 4 本期本期(2010(2010年年) )黃渡變電站側(cè)單相黃渡變電站側(cè)單相 圖圖5 5本期本期(2010(2010年年) )黃渡變電站側(cè)黃渡變電站側(cè) 短路瞬態(tài)恢復(fù)電壓波形短路瞬態(tài)恢復(fù)電壓波形 三相短路瞬態(tài)恢復(fù)電壓波形三相短路瞬態(tài)恢復(fù)電壓波形2.3.42.3.4 限值措施限值措施從上述計(jì)算的結(jié)果可以

40、看出：?jiǎn)蜗喽搪泛腿喽搪窌r(shí)的順態(tài)恢復(fù)電壓的波形都超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)給出的包絡(luò)線(圖中直線)的范圍，其中三相短路的瞬態(tài)恢復(fù)電壓較高。而且主要是黃渡變電站一側(cè)的斷路器上瞬態(tài)恢復(fù)電壓較大。針對(duì)這種情況，在進(jìn)行限制時(shí)應(yīng)主要考慮單相短路情況下的瞬態(tài)恢復(fù)電壓。限制方法主要考慮在黃渡和泗涇變電站增加并聯(lián)電容器的方法。采用在泗涇側(cè)安裝60 nF的并聯(lián)電容的方式限制暫態(tài)恢復(fù)電壓，計(jì)算工況選擇了3種不同的短路位置，發(fā)生單相對(duì)地短路情況。另外，為了對(duì)比限制效果，考慮了兩種電容器組的具體安裝方式：并聯(lián)在電抗器的兩端和作為對(duì)地電容安裝在電抗器一端。計(jì)算對(duì)比了在線路(黃渡一泗涇)不同位置處發(fā)生單相短路故障時(shí)，泗涇變電站裝設(shè)不同設(shè)備

41、的情況下，泗涇和黃渡變電站斷路器上的瞬態(tài)恢復(fù)電壓。從中可以得出以下一些結(jié)論：(1) 在泗涇側(cè)變電站加裝006 FF的電容器對(duì)泗涇側(cè)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓有一定的限制效果(和未安裝串聯(lián)電抗器的情況對(duì)比)。計(jì)算結(jié)果顯示在本工程中將電容器對(duì)地裝設(shè)比將電容器并聯(lián)在電抗器上會(huì)得到更好的限制效果，更有利于限制恢復(fù)電壓的幅值。電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 14(2) 在泗涇側(cè)變電站加裝006 FF的電容器對(duì)黃渡側(cè)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓影響很小。(3) 采用對(duì)地安裝并聯(lián)電容器組的方法，可以將瞬態(tài)恢復(fù)電壓降低，如要將瞬態(tài)恢復(fù)電壓降低到限值以下，需要的電容容量很大(從08 FF到25 FF)，在實(shí)際工程中，實(shí)現(xiàn)的困難很大。2.

42、3.52.3.5 結(jié)論結(jié)論通過(guò)計(jì)算，比較分析安裝和不安裝串聯(lián)電抗器情況下的瞬態(tài)恢復(fù)電壓的計(jì)算結(jié)果，可以得出下面一些結(jié)論：(1) 在黃渡一泗涇線路的泗涇變電站一側(cè)安裝串聯(lián)電抗器會(huì)對(duì)線路兩端的斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓產(chǎn)生影響，這種影響主要表現(xiàn)在斷路器開(kāi)斷短路電流時(shí)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓幅值、陡度的變化。(2) 在單相短路情況下，加入串聯(lián)電抗器會(huì)使黃渡變電站側(cè)的斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓有所增加。這使得安裝電抗器后的黃渡側(cè)斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值；而泗涇變電站側(cè)的斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓在安裝了串聯(lián)電抗器后會(huì)有所減小，但是不管是否安裝串聯(lián)電抗器，泗涇側(cè)斷路器的瞬態(tài)恢復(fù)電壓都超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制。(3) 在三相短路

43、情況下，不論是否加入串聯(lián)電抗器，兩側(cè)變電站的斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓都已經(jīng)超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。(4) 在泗涇側(cè)變電站加裝006 FF的電容器對(duì)泗涇側(cè)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓有一定的限制效果(和未安裝串聯(lián)電抗器的情況對(duì)比)，但對(duì)黃渡側(cè)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓影響很小。計(jì)算結(jié)果顯示在本工程中將電容器對(duì)地裝設(shè)比將電容器并聯(lián)在電抗器上會(huì)得到更好的限制效果，更有利于限制恢復(fù)電壓的幅值。(5) 采用對(duì)地安裝并聯(lián)電容器組的方法，可以將瞬態(tài)恢復(fù)電壓降低，如要將瞬態(tài)恢復(fù)電壓降低到限值以下，需要的電容容量很大(從08 FF到25 FF)，在實(shí)際工程中，實(shí)現(xiàn)的困難很大。3.3.限流電抗器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例分析限流電抗器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)

44、用實(shí)例分析3.13.1 短路電流限流開(kāi)斷器短路電流限流開(kāi)斷器電力系統(tǒng)的短路電流水平隨著電源容量的增加和電網(wǎng)的擴(kuò)大而急劇上升, 發(fā)電機(jī)或變壓器發(fā)生近區(qū)短路時(shí)短路電流可達(dá)80-10 kA , 常規(guī)斷路器很難滿足開(kāi)斷電流要求 .在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文15電力系統(tǒng)中, 通常采用加裝限流電抗器. 改變運(yùn)行方式或選用高阻抗變壓器等手段來(lái)限制短路電流, 其中加裝限流電抗器是最常用也較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法.限流電抗器的主要作用是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí), 利用其電感特性,限制系統(tǒng)的短路電流, 降低短路電流對(duì)系統(tǒng)的沖擊,同時(shí)提高系統(tǒng)殘壓.但使用限流電抗器后, 會(huì)存在很大的電能損耗, 系統(tǒng)有大的波動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的

45、壓降影響其他設(shè)備正常運(yùn)行.如何消除限流電抗器產(chǎn)生的影響, 已經(jīng)成為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中所面臨的一個(gè)非常重要的問(wèn)題.榆林市供電公司110 k V 大柳塔變電站在實(shí)際運(yùn)行中采用D X K 系列短路電流限流開(kāi)斷器與限流電抗器并聯(lián)運(yùn)行的方式, 既大幅度限制了系統(tǒng)短路電流的幅值又避免了正常運(yùn)行時(shí)電抗器對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響, 收到了較好的效果.3.1.13.1.1 短路電流限流開(kāi)斷器的結(jié)構(gòu)短路電流限流開(kāi)斷器的結(jié)構(gòu) 為了更合理地解決上述問(wèn)題,我們采用這種短路電流限流開(kāi)斷器(簡(jiǎn)稱(chēng)限流器或FCLI )能夠消除正常運(yùn)行時(shí)串聯(lián)電抗器對(duì)系統(tǒng)的影響.具體解決辦法是:FCLI 裝置與限流電抗器并聯(lián),在正常運(yùn)行中短接電抗器,

46、 系統(tǒng)故障情況下迅速斷開(kāi)限流器, 將電抗器接人系統(tǒng)回路中, 達(dá)到限制故障電流的作用,系統(tǒng)原理接線圖見(jiàn)圖6.圖圖6 6 FCLIFCLI 裝置原理接線圖裝置原理接線圖正常運(yùn)行時(shí),FCLI裝置將電抗器短接, 由于FCLI裝置的阻抗一般小于40, 而大柳塔變電站選用的限流電抗器阻抗為0 .12, 所以正常運(yùn)行時(shí)限流電抗器被FCLI短接而不起作用, 電流流經(jīng)高速開(kāi)關(guān)中. 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí), 高速開(kāi)關(guān)速熔斷,將限流電抗器投人到主回路中限制短路流, 而短路故障仍由故障處斷路器開(kāi)斷.3.1.23.1.2 FCLIFCLI 裝置工作原理裝置工作原理該裝置主要由快速隔離器.特種高壓限流熔斷器.電子控制器.電流傳

47、感器.隔離變壓器等部件組成(見(jiàn)圖6).正常運(yùn)行時(shí)由于快速隔離器的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高壓熔斷器的阻值, 因此母線電流基本都流過(guò)快速隔離器. 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí), 快速隔離器內(nèi)部的電流傳感器檢測(cè)到主回路中的短路電流信號(hào), 將其傳遞給高壓側(cè)電子控制器, 由電子控制器電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 16進(jìn)行信號(hào)分析和處理, 若短路電流信號(hào)超過(guò)整定值, 電子控制器將發(fā)出點(diǎn)火信號(hào), 使快速隔離器中的執(zhí)行系統(tǒng)點(diǎn)火, 利用微型火工元件將斷口在數(shù)百微秒內(nèi)高速斷開(kāi);在其開(kāi)斷的過(guò)程中, 故障電流轉(zhuǎn)移到特種高壓熔斷器中, 由熔斷器熄滅電弧.3.1.33.1.3 FCLIFCLI 裝置特點(diǎn)裝置特點(diǎn)(1) 高開(kāi)斷能力.目前國(guó)

48、內(nèi)10 kV 斷路器的額定開(kāi)斷電流最大為63 kA , 而FCLI裝置可開(kāi)斷高達(dá)200 kA (有效值)預(yù)期短路電流.(2) 高速動(dòng)作.常規(guī)斷路器的全開(kāi)斷時(shí)間約100 200 ms , 而FCLI 裝置采用爆破切割法實(shí)現(xiàn)電流開(kāi)斷, 具有多斷口, 總開(kāi)斷時(shí)間小于80ms之內(nèi)衰減為零, 與傳統(tǒng)斷路器繼電方式相比, 短路故障切除速度提高20倍以上.(3) 靈敏度高.由于故障時(shí)電流變化斡曾加明顯,該裝置在故障時(shí)同時(shí)檢測(cè)短路電流的瞬時(shí)值i和電流陡度di/dt, 靈敏度更高.3.1.43.1.4 應(yīng)用實(shí)踐應(yīng)用實(shí)踐2009年5月大柳塔變電站采用陜西電力科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的DXKI型FCLI與限流電抗器并聯(lián)串人主

49、變壓器低壓過(guò)橋母線運(yùn)行, 有效限制了系統(tǒng)短路電流.投運(yùn)一年多來(lái),設(shè)備運(yùn)行正常,6 kV系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn), 無(wú)大的設(shè)備損壞事件發(fā)生.經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明:(1) 在主變壓器低壓側(cè)安裝限流電抗器及FCLI裝置整體限制了系統(tǒng)短路電流, 不需要更換6 kV 設(shè)備, 大量節(jié)約了生產(chǎn)成本;(2) 經(jīng)過(guò)改造的大柳塔變電站6 kV 母線和35 kV 母線可以長(zhǎng)期并列運(yùn)行, 提高了供電可靠性;(3) FCLI 與限流電抗器并聯(lián)使用消除了限流電抗器在正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電能損耗,節(jié)能效果顯著.3.1.53.1.5 結(jié)論結(jié)論(1) 短路電流限流開(kāi)斷器(FCLI)可應(yīng)用于限制系統(tǒng)短路電流和電力系統(tǒng)災(zāi)難性短路事故保護(hù), 隨著系統(tǒng)容量的

50、不斷增大, FCLI的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越普遍.(2) 采用限流開(kāi)關(guān)與限流電抗器并聯(lián)是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的限流保護(hù)方案, 不但解決了高壓斷路器選擇的經(jīng)濟(jì)性, 而且從根本上避免了正常運(yùn)行中串入限流電抗器帶來(lái)的電壓降.電能損耗等問(wèn)題, 提高了變電站的功率因數(shù)。電能質(zhì)量, 有利于系統(tǒng)的安全節(jié)能運(yùn)行, 是FCLI的典型應(yīng)用方式之一.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文17(3) 為保證限流開(kāi)斷器可靠動(dòng)作, 建議用戶在使用限流開(kāi)斷器時(shí)宜采取同時(shí)檢測(cè)短路電流瞬時(shí)值di和電流陡度di/dt雙判據(jù)作為開(kāi)斷指令, 避免不必要的運(yùn)行維護(hù)量。3.23.2 大容量高速開(kāi)關(guān)與限流電抗器并聯(lián)運(yùn)行應(yīng)用大容量高速開(kāi)關(guān)與限流電抗器并聯(lián)運(yùn)行應(yīng)用3.2.

51、13.2.1 實(shí)例問(wèn)題實(shí)例問(wèn)題限流電抗器主要作用是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，利用其電感特性，限制系統(tǒng)短路電流，從而降低短路電流對(duì)系統(tǒng)的沖擊，提高系統(tǒng)的殘壓水平。某石化公司自備熱電廠現(xiàn)有6 kV主母線4段，采用母聯(lián)開(kāi)關(guān)與限流電抗器串聯(lián)連接。限流電抗器主要參數(shù)：型號(hào)：XKGKL620008；額定電壓：6 kV；額定電流：2 000 A；電抗率：8 。系統(tǒng)中加裝電抗器， 目的是為了降低發(fā)生短路故障的短路電流，以確保6 kV系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，斷路器能可靠切斷故障。由于電抗器串聯(lián)在主回路中，所以該系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)存在以下問(wèn)題：(1) 電抗器的有功功耗大。通過(guò)查閱相關(guān)資料核算，額定電壓6 kV，額定電流2 00

52、0 A，電抗率8 的電抗器的有功損耗約為9 kW，其無(wú)功損耗更大，導(dǎo)致運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。(2) 空心電抗器強(qiáng)大的漏磁場(chǎng)對(duì)鋼筋混凝土的影響及對(duì)通訊的干擾。樓板、基礎(chǔ)混凝土中的鋼筋在強(qiáng)大的漏磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生附加損耗，而且在長(zhǎng)期的震動(dòng)下，將使混凝土松軟，影響混凝土基礎(chǔ)和廠房的壽命。強(qiáng)大的漏磁場(chǎng)將使通訊系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)受到嚴(yán)重干擾，甚至無(wú)法正常工作。(3) 正常運(yùn)行時(shí)，電抗器上的壓降使得母線上電壓降低，尤其在重負(fù)荷啟停時(shí)，將使電壓波動(dòng)加劇，帶來(lái)晃電問(wèn)題，降低了供電質(zhì)量。(4) 因限流電抗器的影響，4段母線電壓不一致，使發(fā)電機(jī)調(diào)壓困難，影響系統(tǒng)穩(wěn)定。電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 183.2.23.2.2

53、 FSRFSR 裝置裝置針對(duì)上述情況，采用在母聯(lián)電抗器兩端加裝國(guó)產(chǎn)的大容量高速開(kāi)關(guān)裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)FSR)加以解決，F(xiàn)SR一次系統(tǒng)如圖2所示。圖圖 7 7 FSRFSR 一次系統(tǒng)示意圖一次系統(tǒng)示意圖 (1)FSR 裝置原理FS為載流橋體，F(xiàn)S與FU的阻抗比為1：2000。正常時(shí)流過(guò)工作電流，一旦短路故障發(fā)生，接到測(cè)控單元的分?jǐn)嗝詈?，F(xiàn)S在0.15 ms之內(nèi)爆破斷開(kāi)；FU為高壓限流熔斷器，F(xiàn)S分?jǐn)嗪笕慷搪冯娏鞅黄攘魅薋U中，經(jīng)0.5 ms FU熔斷；FR為氧化鋅非線性組件，在FU熔斷時(shí)的弧壓作用下由截止變?yōu)閷?dǎo)通，吸收能量，減輕FU中的電弧壓力，并把開(kāi)斷過(guò)程中的過(guò)電壓限制在設(shè)備允許的25倍的相電

54、壓以內(nèi)。如圖4所示，熔斷器Fu在t 時(shí)間內(nèi)熔斷截流，并產(chǎn)生弧壓將電流迫人非線性電阻FR中快速衰減，此時(shí)短路電流只上升，僅為預(yù)期短路電流峰值的15至110。微機(jī)測(cè)控裝置檢測(cè)電流和電流變化率，采用先進(jìn)的運(yùn)算電路和算法程序，使測(cè)控單元能夠在015 ms之內(nèi)完成算法程序和判斷。該裝置采用3個(gè)相同的獨(dú)立工作的測(cè)控部件，以“三取二” 動(dòng)作方式做出判斷，當(dāng)電流幅值和電流變化率同時(shí)超過(guò)定值時(shí)，判斷為短路發(fā)生，向FS發(fā)出分?jǐn)嘈盘?hào)。 (2) FSR 與限流電抗器并聯(lián)的特點(diǎn)正常運(yùn)行時(shí)母聯(lián)電抗器被FSR短接，電流基本上全部從FSR中流過(guò)，從根本上避免了正常運(yùn)行時(shí)電抗器帶來(lái)的電壓波動(dòng)、電能損耗和漏磁場(chǎng)、各段母線電壓不一

55、致等問(wèn)題。額定電流2000 A，電抗率8 的電抗器的有功損耗約為9 kW，在年運(yùn)行時(shí)間8 000 h的情況下，如電費(fèi)按04：UkWh計(jì)算，每臺(tái)電抗器有功損耗的電能損失每年將達(dá)到8 0009304=864萬(wàn)元。僅避免電能損耗一項(xiàng)，每臺(tái)電抗器每年就可取得直接經(jīng)濟(jì)效益8萬(wàn)余元。6 kV系統(tǒng)短路時(shí)，F(xiàn)SR快速分?jǐn)?，將母?lián)電抗器串入主回路中，由故障處的斷路器開(kāi)斷短路電流。由于FSR的限流性，設(shè)備不再遭受短路電流的沖擊，延長(zhǎng)了發(fā)電機(jī)、主沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文19變等設(shè)備的使用壽命，大大提高了系統(tǒng)設(shè)備在動(dòng)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定方面的安全裕度。FSR的快速性，使故障切除的時(shí)間大大縮短(小于3 ms)，更能有效地保護(hù)設(shè)

56、備。大量的研究結(jié)果表明，只有在20 ms內(nèi)切除故障，才能避免主變、發(fā)電機(jī)等設(shè)備的損壞，F(xiàn)SR限制了開(kāi)斷過(guò)電壓，使開(kāi)斷過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓限制在設(shè)備允許的范圍內(nèi)。由于FSR動(dòng)作快，在短路電流上升的起始階段就被截流，可使最大短路沖擊電流及與系統(tǒng)熱穩(wěn)定有關(guān)的，大大降低，使系統(tǒng)的動(dòng)、熱穩(wěn)定裕度大大提高。tI23.2.33.2.3 FSRFSR 的參數(shù)選擇的參數(shù)選擇 (1)額定參數(shù)額定電流因電抗器的額定電流為2000 A，因此FSR1FSR3的額定電流?。?Ie = 2 000 A動(dòng)作電流系統(tǒng)大方式下正序阻抗，在母聯(lián)電抗器處安裝了FSR后，若在d1或(d2，d3，d4 )處發(fā)生大方式下三相短路故障時(shí)，可求

57、得：表表2 2 FSR1FSR13 3的啟動(dòng)電流與時(shí)間的啟動(dòng)電流與時(shí)間 流過(guò)FSR1的短路電流：10.9 kA Id1 39.6 kA流過(guò)FSR2的短路電流：10.9 kA Id2 49.7 kA流過(guò)FSR3的短路電流：14.6 kA Id3 50.3 kA取90的可靠系數(shù)，因此：取FSR1-3的動(dòng)作電流值為： Idz =10 kA啟動(dòng)電流在確定大容量高速開(kāi)關(guān)裝置啟動(dòng)電流的時(shí)候，須符合以下原則：短路電流流過(guò)FSR時(shí)，以11倍線路實(shí)際最大運(yùn)行電流為起點(diǎn)，裝置的運(yùn)算時(shí)間不小于160 Ixs，并取I15倍的可靠系數(shù)：t0=arcsin(1.12Id*max)18+0.16 Ilimit1.15 2I

58、d*maxsin(t018)式中，Id*max 為各種運(yùn)行方式下流過(guò)FSR13的最大短路電流。則FSR13的啟動(dòng)電流Ilimit(瞬時(shí)值)及時(shí)間t。FSR1FSR2FSR3時(shí)間mst /00.3370.3010.300啟動(dòng)電流kAiLimit/6.817.637.70電力系統(tǒng)中限流電抗器的應(yīng)用研究 20FSR 電流變化率大容量高速開(kāi)關(guān)裝置的動(dòng)作電流波形如圖8中的曲線4，此曲線在第一個(gè)14波形區(qū)間電流值等于上述啟動(dòng)電流值的斜率，即為FSR電流變化率的整定值。圖中：1為系統(tǒng)大方式下預(yù)期三相短路電流曲線；2為短路電流在FR中衰減曲線；3為FSR的啟動(dòng)電流值；4為峰值為L(zhǎng)imitii dzI2的過(guò)電流

59、曲線；5為系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)作電流曲線的電流變化率切線；to為短路電流達(dá)到動(dòng)作值時(shí)所需時(shí)間； l為電流截止時(shí)間；2為電流衰減到零的時(shí)問(wèn)；為截止電流pI圖圖8 8 動(dòng)作電流波形圖動(dòng)作電流波形圖 FSR13：18/ )2/arcsin(314cos3142/314sin2dzLimitdxtidzdxIittIddtIi因此，可推算出FSRI3的電流變化率di/dt(A/s)分別為3.89，3.74，3.73。 (2) 動(dòng)作條件FSR的動(dòng)作取決于啟動(dòng)值(圖8中的曲線3)、電流變化率di/dt(圖8中的曲線5)，只Limiti有在兩者同時(shí)超過(guò)整定值時(shí)，F(xiàn)SR才會(huì)動(dòng)作。 (3) FSR 的截流時(shí)間和截止電流

60、FSR13：最大運(yùn)行方式下的三相短路電流：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文21tIId314sin2max裝置的運(yùn)算時(shí)間：18/ )/arcsin(max0dLimitIIt截流時(shí)間：6 . 001 tt截止電流：1max18sin2tIidp (4) FU 的參數(shù)熔斷器FU的額定電流FU：由Id*max和ip*查得FSR13中熔斷器的額定電流應(yīng)為In=160 A。最大ItFSR：對(duì)于In=160 A的FU，可查得： It=5.810 5 (As) (5) FR 的參數(shù)取FR的1 mA電壓U1mA=1152.5U= 1408 kV以保證發(fā)電機(jī)、變壓器2不受高電壓的沖擊。3.2.43.2.4 應(yīng)用效果應(yīng)