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1、用于大型同步发电机出口及厂用变和励用于大型同步发电机出口及厂用变和励磁变分支的磁变分支的 大大 容容 量量 快快 速速 开开 断断 装装 置置 合肥凯立控制技术有限公司合肥凯立控制技术有限公司报告人：报告人：黄冬华黄冬华n FUR高压限流熔断器组合保护装置高压限流熔断器组合保护装置和和FSR大容量快速开断装置是由安徽凯大容量快速开断装置是由安徽凯立公司研制的专利技术，它具有断流能立公司研制的专利技术，它具有断流能力强，开断速度快等特点力强，开断速度快等特点,是发电机出口是发电机出口厂用变、励磁变分支回路等短路容量较厂用变、励磁变分支回路等短路容量较大的场所的快速有效的保护装置。大的场所的快速有
2、效的保护装置。 6.1、高压限流熔断器组合装置作为励磁系统的、高压限流熔断器组合装置作为励磁系统的短路保护，主接线示意图如下：短路保护，主接线示意图如下： 励磁变或厂高变高压侧发生短路时的短路电流波励磁变或厂高变高压侧发生短路时的短路电流波形示意图形示意图n使使用用FURFUR以以后后，当当出出现现励励磁磁变变或或厂厂高高变变一一次次侧侧短短路路时时，如如上上图图所所示示，熔熔断断器器FUFU在在t1t1时时间间内内熔熔断断截截流流，并并产产生生弧弧压压将将电电流流迫迫入入非非线线性性电电阻阻FRFR中中快快速速衰衰减减。此此时时短短路路电电流流只只上上升升到到IpIp ，仅仅为为预预期期短短
3、路路冲冲击击电电流流的的1/51/51/101/10。FUFU的的作作用用是是限限流流截截流流，产产生生弧弧压压；FRFR的的作作用用是是限限制制弧弧压压，吸吸收收磁磁场场能能量量，减减轻轻对对FUFU的的压压力力，并并快快速速将将电电流衰减至零。流衰减至零。 由由于于FUFU的的限限流流性性和和快快速速性性，采采用用了了FURFUR后后原原系系统统将具有如下的优越性：将具有如下的优越性： 1)1)由由于于 FU FU 的的快快速速性性和和限限流流性性是是由由物物理理特特性性所所决决定定，而无机械拒动作的可能，所以可靠性高。而无机械拒动作的可能，所以可靠性高。 2)2)由由于于FUFU的的限限
4、流流性性，主主机机、主主变变及及真真空空断断路路器器不不再再受受峰峰值值电电流流冲冲击击，延延长长了了使使用用寿寿命命，大大大大提提高高了了系统设备在动、热稳定方面的安全裕度。系统设备在动、热稳定方面的安全裕度。 3 3）励励磁磁变变高高压压侧侧加加装装FURFUR装装置置不不但但在在励励磁磁变变内内部部匝匝间间短短路路、励励磁磁变变高高压压侧侧短短路路时时能能快快速速有有效效保保护护。同同时时当当功功率率柜柜内内部部出出现现短短路路、励励磁磁变变低低压压交交流流侧侧短路时也能快速有效保护。短路时也能快速有效保护。4)4)由由于于FUFU的的快快速速性性，使使故故障障切切除除时时间间大大大大缩
5、缩短短，更更能能有有效效地地保保护护主主机机和和主主变变压压器器。大大量量的的研研究究结结果果表表明明，只只有有在在2020msms之之内内切切除除故故障障，才才能能避避免变压器的损坏事故。免变压器的损坏事故。5) 5) FRFR限限制制了了FUFU的的过过电电压压，使使操操作作过过电电压压小小于于2.52.5倍倍相相电电压压。FRFR吸吸收收了了FUFU开开断断过过程程中中主主机机、主主变变及及线线路路磁磁场场能能量量和和开开断断过过程程中中电电源源提提供供的的能能量量。使使FUFU开开断断时时的的电电弧弧能能量量降降低低至至允允许许值值以以下下，从从而使开断容量及可靠性大大提高。而使开断容
6、量及可靠性大大提高。 n高高压压限限流流熔熔断断器器组组合合保保护护装装置置由由安安徽徽凯凯立立科科技技股股份份有有限限公公司司研研制制，额额定定电电流流能能做做到到400400A A，开开断断电电流流高高达达160160KAKA。该该装装置置于于19971997年年1111月月获获得得国国家家专专利利证证书书，在在发发电电机机励励磁磁变变，厂厂用用电电分分支支获得大量应用。获得大量应用。n诸诸如如：葛葛洲洲坝电厂厂、吉吉林林白白山山电厂厂、四四川川宝宝珠珠寺寺电厂厂、贵州州东风电厂厂、乌江江渡渡电厂厂、黄黄河河万万家家寨寨电厂厂、江江西西万万安安电电厂厂、新新安安江江电厂厂、山山西西神头火电
7、厂神头火电厂等近等近300300多家大中型多家大中型电厂。厂。 6.2、大容量高速开关装置n 大容量快速开断装置具有额定电流大（12KA）、断流能力强（240KA），开断速度快（3ms以内切除故障）等特点。对于传统的断路器保护方式来说，大容量快速开断装置在开断技术上是一个重大突破。 1 1传统的断路器保护方式存在的问题：传统的断路器保护方式存在的问题：（1 1）开断的时间长、冲击电流大； n如图一所示短路故障后，继电保护动作时间为3040ms,断 路器固有分闸时间为4080ms，燃弧时间要1020ms, 故障切除时间长达80140ms。 n对于50HZ的电网，短路后510ms之内达到冲击电流最
8、大值。早在断路器开断之前，系统的设备就已经受到了34次大电流的冲击。 n发电机出口短路时，短路电流达67Ie，冲击电流高达15-18 Ie。火电厂厂用变分支短路（厂用电率10）时，短路电流达110-170Ie，冲击电流高达280450Ie，水电厂厂用变（厂用电率1）或励磁变分支短路时，短路电流达11001700Ie，冲击电流高达28004500Ie。n（）由于冲击大，时间长，使得在系统设计时，就要对发电机、变压器、互感器、母线、绝缘子、金属构架等设备在动稳定性和热稳定性方面要考虑留用足够的余度，这就必然要增加很多投资。n（）断路器开断能力不足（63KA，最大80KA）发电机、厂用电分支无保护。
9、n 目前，在系统中并网运行的200MW及以上大型机组已经很多，600MW及以上机组也已投产多年，这些大型机组发生出口短路时，电流超过80KA，厂用变或励磁变分支短路时，电流将超过100KA，发电机出口或厂用分支无法选到合适的断路器，人们不得不耗费很多资金把发电机至变压器之间设计成封闭母线，还有的厂用变压器、励磁变压器由三个单相变压器组成，意在尽量避免出口短路，但是当发电机出口发生间歇性弧光接地时，非故障相避雷器动作或绝缘薄弱环节击穿等等，都会导致发电机出口相间短路的发生，后果不堪设想。大容量快速开断装置主要由桥体FS、熔断器FU、非线性电阻FR及测控单元等组成，简称FSR 。n测控单元定期检测
10、电流和电流变化率，短路时向桥体发出分断命令。n正常时的工作电流经桥体流过，接到测控单元的分断命令后，桥体在0.15ms之内断开，电流转移到熔断器。经0.5ms熔断器熔断，产生的弧压使非线性电阻导通。n非线性电阻导通后吸收磁能，并把过电压限制在允许的2.5倍相电压之内。额定电流大（可做到12KA），开断能力强（240KA），截流时间短。与传统的断路器开断方式相比具有以下显著特点：与传统的断路器开断方式相比具有以下显著特点：n1） 速动性提高20倍以上。短路电流在1ms以内被截流，3ms之内衰减到零，故障被完全切除。传统的断路器保护方式最快也要75ms，至少为FSR的25倍。 n2）系统永远达不到
11、预期的冲击电流，设备的动稳定和热稳定的余度不必设计得过大，可节省大量资金。 截流值Ip仅为预期短路冲击电流的1/71/6左右，系统承受的电动力大大减少。所通过的I2t比断路器开断方式减少了至少500倍，可达上千倍。n3）开断过程中无危害性过电压；氧化锌良好的非线性特性，可将开断过电压限制在2.5倍的额定相电压以内n。n4）开断容量可以足够大。目前可以做到240KA，一般只需要160kA。只需要配置相应的非线性电阻来吸收磁能，开断容量就可以做得足够大。此外由于本装置引入电流变化率做判据，灵敏度更高。设计上采用三个相同的独立工作的测控部件，以“2/3表决方式”判断故障的发生，可靠性更高。n2 2大
12、容量快速开断装置的应用大容量快速开断装置的应用n1）大型发电机出口、厂用变分支或励磁变分支能得到快速有效保护。下列图中所示装n置为FSR，具体采用何种装置视额定电流而定。额定电流小于500A的场合可使用FUR装置。n2）如图六所示，发电机出口短路时，一般由系统提供的短路电流比发电机提供的短路n电流大。起始瞬间短路电流周期分量为67Ie，冲击电流可达1518 Ie。例如300MW机组，IK=73.784.7KAIimp=198227.6KAn如图七所示，厂用变压器或发电机励磁变高压端部附近短路时，短路电流是由发电机和系统提供。对于火电厂（厂用电率约为10），短路电流为厂用变压器额定电流的1101
13、70倍。300MW机组IK=128.7194.7KA，冲击电流高达345.8523.2KA，是额定电流的304.9439.3倍。n而对于厂用电率为1左右的水电厂厂用电分支或发电机励磁变分支，则短路电流为厂用变或励磁变额定电流的11001700倍，冲击电流达28004500倍。厂用变、励磁变受到这样大的短路电流的冲击，必然会发生爆炸。只有FUR及FSR才能开断，采用了FUR及FSR后，实际冲击电流却远没有达到预期短路冲击电流，发电机、变压器、厂用变或励磁变得到了快速有效的保护。 n3 3）采采用用FSRFSR装装置置可可大大大大减减少少了了系系统统扩扩建建或或联联网网运运行行所所需需的的投投资资
14、。无论系统扩建或联网运行，都涉及到图八所示变压器的并列运行。它可以带来如下好处:na.提高了供电可靠性； b.减少了正常运行和大型电动机启动时的电压降；nc.图八有利于根据负荷情况决定所投入的并列变压器运行的台数以便实现经济运行。如图九所示，新投入的发电机与原有电网的并列运行与上述情况类似。n对于图八和图九，如果用母联断路器并列运n行，则会使负荷出口短路时，短路电流由IK1增n加为IK=IK1+IK2,带来如下麻烦：na原有断路器开断能力不足,需要更换,须增n加投资;nb为与母联断路器继电保护配合,原有负荷 n的继电保护须再延时0.5s; nc原有系统设备需要重新检验动热稳定性。n如在图八和图
15、九所示的系统中,用FSR取代并列运行的联络断路器,则上述麻烦都可避免,且可保留并列运行带来的好处。 4 4）FSRFSR装置与电抗器并联是最经济有效的装置与电抗器并联是最经济有效的限流方案。限流方案。n有些发电厂的机端母线上接有容量不大的厂用电负荷或直配线路(如图十、图十一),还有些变电所接有负荷不大的供电线路或所用电负荷。按照系统的实际短路电流来选择这些负荷断路器,往往很不经济,为此需要采用电抗器限制短路电流。但串入电抗器后,却存在如下问题：na正常运行时在电抗器上产生电压降，而这个电压降随负荷变化，给调节供电电压质量造成困难；nb较大电动机启动时，电抗器上的电压降会加剧，将影响其它负荷的运
16、行；nc电抗器长期串联在供电系统中，将产生巨大的电能损耗；nd电抗器强大的漏磁场，将使周围的金属构架、钢筋混凝土产生附加热损耗和振动，影响运行寿命。n将将FSRFSR与与电电抗抗器器并并联联后后，可可解解决决上上述述问问题题，并保留电抗器的限制短路电流的功能。并保留电抗器的限制短路电流的功能。n3 3 结论结论n（1 1）氧氧化化锌锌非非线线性性电电阻阻与与熔熔断断器器并并联联，可可使使开开断断能能力力大大提高，是开断技术的一个重大突破。大大提高，是开断技术的一个重大突破。n（2 2）大大容容量量快快速速开开断断装装置置额额定定电电流流大大，开开断断能能力力强强，截截流流小小，速速度度快快，是
17、是发发电电机机出出口口、厂厂用用变变、励励磁磁变变分分支支等等短短路路容容量量较较大大的的场场所所的的快快速速有有效效的的保保护护装装置置。对对于于短短路路容容量量不不同同的的场场所所，应应用用FURFUR和和FSRFSR后后，可可使使系系统统免免受受冲冲击击，对对设设备备的的动动稳稳定定性性和和热热稳稳定定性性要要求求大大大大降降低，从而节省大量资金。低，从而节省大量资金。n（3 3）采采用用FSRFSR与与电电抗抗器器串串联联的的限限流流方方案案，可可提提高高供供电电可可靠靠性性，并并可可带带来来巨巨大大的的经经济济效效益益。如如果果考考虑虑与与FSRFSR并并联联后后，电电抗抗器器可可只只按按短短时时冲冲击击电电流流设设计计，从从而而电电抗抗器器造价大大降低。造价大大降低。n这两种装置目前已在冶金、煤炭、石化及供电企业得这两种装置目前已在冶金、煤炭、石化及供电企业得到了广泛的推广和应用。到了广泛的推广和应用。
