1 旁路限流電抗器

圖1 旁路限流電抗器原理接線(xiàn)圖

圖1為該應(yīng)用的主接線(xiàn)原理圖，降壓變壓器或發(fā)電機(jī)出口的限流電抗器唯一的用途就是限制系統(tǒng)的短路電流。給限流電抗器上并聯(lián)一臺(tái)DDX1短路電流限制器，正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷電流幾乎全部流過(guò)限流器；當(dāng)母線(xiàn)或出線(xiàn)發(fā)生兩相或三相短路時(shí)，限流器快速開(kāi)斷使電抗器投運(yùn)，起到限制短路電流的作用。此用法有如下優(yōu)點(diǎn)：

●節(jié)能降耗：一臺(tái)中型電抗器每年的電耗折合人民幣在50萬(wàn)元左右，采用DDX1將其旁路后此電耗消除。

●消除無(wú)功損耗：電抗器存在巨大的無(wú)功損耗，明顯影響變電站帶負(fù)荷的能力，給電力企業(yè)帶來(lái)很大損失。采用DDX1后徹底消除限流電抗器的無(wú)功損耗，有利于降低線(xiàn)損、改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。

●提高供電質(zhì)量：電抗器對(duì)后級(jí)母線(xiàn)電壓質(zhì)量有影響，一般會(huì)使母線(xiàn)電壓降低3~8％，若遇到大型感性負(fù)載（如大容量電動(dòng)機(jī)等）投入，則電壓降落更大。裝備DDX1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。

●使用方便：不影響配電系統(tǒng)原有繼電保護(hù)裝置的整定；另外，由于DDX1簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及靈活的安裝方式，使得它在新變電站裝配簡(jiǎn)單、老變電站的改造也很容易實(shí)現(xiàn)。

●消除干擾：消除了電抗器磁場(chǎng)及噪聲對(duì)環(huán)境和設(shè)備的干擾，滿(mǎn)足國(guó)家有關(guān)

電磁場(chǎng)干擾的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。

圖2為限流器動(dòng)作后，故障電流向電抗器中轉(zhuǎn)移的波形示意圖。發(fā)生短路后，限流器在幾毫秒時(shí)間內(nèi)開(kāi)斷，電抗器接入后起到限流作用。在國(guó)外，這種應(yīng)用方式出到此類(lèi)產(chǎn)品應(yīng)用總量的30％。

圖2 動(dòng)作后故障電流向電抗器中轉(zhuǎn)移波形示意圖

2 使大容量配電系統(tǒng)分段母線(xiàn)并列運(yùn)行

圖3 DDX1使分段母線(xiàn)并列運(yùn)行

具體用法如圖3所示，某110kV變電站1號(hào)、2號(hào)50MVA變壓器10kV側(cè)的短路電流均為18KA，若兩臺(tái)主變并列運(yùn)行則饋線(xiàn)出口短路電流將達(dá)到36kA。因饋線(xiàn)斷路器的額定短路開(kāi)斷電流為31.5kA，所以正常情況下母聯(lián)斷路器不能閉合、分段母線(xiàn)不能并列；只有在一臺(tái)主變因故退出運(yùn)行后，母聯(lián)斷路器才能閉合運(yùn)行。在圖示與母聯(lián)開(kāi)關(guān)的位置串接一臺(tái)DDX1，則分段母線(xiàn)可并列運(yùn)行。合理整定DDX1的動(dòng)作電流，當(dāng)出線(xiàn)發(fā)生短路、且預(yù)期短路電流值接近31.5KA時(shí)，使DDX1動(dòng)作、母線(xiàn)分裂運(yùn)行，饋線(xiàn)斷路器只承擔(dān)單臺(tái)變壓器的短路電流。在國(guó)外，這種應(yīng)用方式約占到此類(lèi)產(chǎn)品應(yīng)用總量的50％。

該運(yùn)行方式有以下優(yōu)點(diǎn)：

●變電站擴(kuò)建或變壓器增容后，無(wú)須更換出線(xiàn)斷路器，從而節(jié)約大量基建投資。

●提供閉環(huán)運(yùn)行的可能性，提高供電可靠性。

●均衡多臺(tái)變壓器的負(fù)荷分配，增強(qiáng)系統(tǒng)的電壓調(diào)整能力，保證的供電質(zhì)量。

●降低系統(tǒng)阻抗，節(jié)能降耗。

3 改善電能質(zhì)量

圖4所示為一臺(tái)主變向幾個(gè)用戶(hù)或同一用戶(hù)的不同用電設(shè)備供電的接線(xiàn)圖，每路出線(xiàn)表示一個(gè)用戶(hù)或一臺(tái)用電設(shè)備。任一出線(xiàn)的短路故障將導(dǎo)致母線(xiàn)電壓大幅度的波動(dòng)，引起計(jì)算機(jī)、變頻器等重要負(fù)載不能正常工作甚至停機(jī)，給工業(yè)生產(chǎn)造成重大損失。若在各出線(xiàn)斷路器上各串聯(lián)裝設(shè)一臺(tái)限流器，則此問(wèn)題就可以解決。當(dāng)某出線(xiàn)上發(fā)生短路時(shí)，限流器快速將該支路開(kāi)斷，母線(xiàn)電壓基本不受影響。從圖5可以明顯看出非故障用戶(hù)或設(shè)備電壓質(zhì)量的改善情況：裝設(shè)FCL之前，母線(xiàn)電壓要降低或消失數(shù)個(gè)周波；裝設(shè)FCL之后，母線(xiàn)電壓只出現(xiàn)一個(gè)持續(xù)幾毫秒的毛刺，不會(huì)影響到重要用電設(shè)備的正常工作。

圖4 重要用戶(hù)分支母線(xiàn)裝備DDX1限流器 (FCL )

圖5 裝備限流器前后故障期間母線(xiàn)上的電壓和電流波形

4 發(fā)電機(jī)出口短路保護(hù)

大容量發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，由發(fā)電機(jī)提供的短路電流的周期分量可超過(guò)90kA~100kA，已無(wú)斷路器可選；進(jìn)一步考慮短路電流中含有約50％~60％的非周期分量，不僅短路電流幅值增大、而且非周期分量超過(guò)了斷路器型式試驗(yàn)的條件，普通斷路器無(wú)法使用，而的發(fā)電機(jī)斷路器價(jià)格非常昂貴，因此目前不得已的辦法是采用發(fā)電機(jī)-變壓器組連接方式或者采用封閉母線(xiàn)避免相間短路的發(fā)生。此種接線(xiàn)方式的缺點(diǎn)是運(yùn)行不靈活，升壓變高壓側(cè)斷路器動(dòng)作頻繁、壽命短，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定、不便于設(shè)備的檢修及維護(hù)。

如圖6所示，采用DDX1＋普通斷路器可完成發(fā)電機(jī)出口的短路保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)，超過(guò)DDX1整定值的短路電流由DDX1快速開(kāi)斷并聯(lián)動(dòng)與之串聯(lián)的普通斷路器CB三相跳閘，避免發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行；小于DDX1整定值的短路電流直接由CB開(kāi)斷。另外發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)有限流電抗器，則可在限流電抗器上并聯(lián)DDX1以達(dá)到節(jié)能降耗的目的，見(jiàn)圖中虛框內(nèi)部分。

圖6 發(fā)電機(jī)出口保護(hù)

該應(yīng)用不僅適用于發(fā)電廠，也適用于化工治金企業(yè)的自備發(fā)電機(jī)、大電流試驗(yàn)室用發(fā)電機(jī)、核聚變?cè)囼?yàn)用發(fā)電機(jī)、艦船用發(fā)電機(jī)等。

5 發(fā)電廠分支母線(xiàn)和廠高變的短路保護(hù)

當(dāng)發(fā)電廠廠用電分支或勵(lì)磁分支母線(xiàn)發(fā)生短路時(shí)，從發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電源同時(shí)向故障點(diǎn)提供短路電流，短路電流值比發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)更大，考慮非周期分量后可達(dá)150kA～200kA，無(wú)合適開(kāi)關(guān)可選。盡管發(fā)電廠的廠高變采用了分裂繞組變壓器，但是各大型發(fā)電廠的廠高變?nèi)匀活l頻損壞，給發(fā)電企業(yè)和社會(huì)造成巨大的損失。

如圖7所示，給發(fā)電廠的分支母線(xiàn)上串接一組DDX1限流器，發(fā)生災(zāi)難性短路時(shí)，由DDX1快速切斷短路電流，即可有效地防止廠高變的損壞、保護(hù)發(fā)電設(shè)備安全。另外發(fā)電機(jī)廠用電分支母線(xiàn)上若裝設(shè)有限流電抗器，則可在限流電抗器上并聯(lián)DDX1以達(dá)到節(jié)能降耗的目的，見(jiàn)圖中虛框內(nèi)部分。

圖7 發(fā)電廠分支母線(xiàn)和廠高變的短路保護(hù)

6 地區(qū)火/水發(fā)電廠上網(wǎng)保護(hù)

如圖8所示，某一個(gè)可以提供10kA短路電流的地區(qū)火/水電廠在上網(wǎng)后，使變電站原先的饋線(xiàn)斷路器的短路開(kāi)斷能力不足。為此，在上網(wǎng)電廠的出口安裝一臺(tái)DDX1限流器，可不更換原先的斷路器繼續(xù)運(yùn)行，節(jié)約工程投資。另外發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)有限流電抗器，則可在限流電抗器上并聯(lián)DDX1以達(dá)到節(jié)能降耗的目的，見(jiàn)圖中虛框內(nèi)部分。

圖8 地區(qū)火/水發(fā)電廣上網(wǎng)保護(hù)

7 整流電路的短路保護(hù)

如圖9所示，在大功率整流電路中發(fā)生短路時(shí)，需要有高速保護(hù)，否則會(huì)造成整流器件和其它設(shè)備損壞的嚴(yán)重事故。為此，可在該電路中接入一臺(tái)DDX1限流器、發(fā)生短路故障時(shí)可避免設(shè)備的損壞。

圖9 整流電路的短路保護(hù)