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1 一廠問題的提出
（1）接線圖
（2）說明
50MVA主變10kV母線和40MW發(fā)電機10kV母線通過聯(lián)絡(luò)線連接，形成發(fā)變組接線。若10KV母線區(qū)域發(fā)生短路故障（例如F1點），則主變B1向故障點可提供29KA短路電流，G1發(fā)電機向故障點可提供17kA短路電流，即流過故障點的總電流為46kA。一廠10kV系統(tǒng)斷路器的額定短路開斷能力為50kA，可以滿足要求。
問題在于：擬擴建4路饋線去造紙廠，造紙廠側(cè)的斷路器額定短路開斷能力大多為31.5kA，個別甚至為25KA。若造紙廠側(cè)發(fā)生短路（例如F2點），則故障電流幾乎接近46kA，對系統(tǒng)安全帶來巨大威脅。如何解決這個問題？
2 解決方案
2.1 業(yè)主的初步想法
業(yè)主的初步想法是采用限流措施限制短路電流，比如在圖1聯(lián)絡(luò)線的A點接入限流裝置，或在擴建區(qū)域加裝限流設(shè)備，備選方案有：
（1）限流電抗器+基于爆破切割技術(shù)的限流器；
（2）“深度限流裝置”，即限流電抗器+高速開關(guān)；
（3）在擴建區(qū)域加裝“母線殘壓保護(hù)裝置”，即電阻器+高速開關(guān)。
2.2 陜西藍(lán)河電氣提供的分析及建議
2.2.1 關(guān)于“深度限流裝置”及“母線殘壓保護(hù)裝置”
（1）原理及關(guān)鍵技術(shù)問題
圖2 深度限流及母線殘壓保護(hù)
如圖2所示，所謂“深度限流裝置”就是在限流電抗器上并聯(lián)一臺高速真空斷路器，需要限流時使斷路器CB1分閘，不需要限流時使斷路器CB1合閘以消除電抗器的有功及無功損耗。所謂“母線殘壓保護(hù)裝置”核心就是用一臺電阻器取代“深度限流裝置”中的電抗器，檢測到短路故障后給斷路器CB2發(fā)出分閘命令投入大電阻限流，判斷故障消除后再給CB2發(fā)出合閘命令旁路大電阻。市場上把上述兩個產(chǎn)品戲稱為“一魚兩吃”。
上述兩個產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)問題是：
其一，從短路故障發(fā)生到故障電流從CB1或CB2成功轉(zhuǎn)移到電抗器或電阻器支路中的最大時間間隔是多少？
其二，在故障電流成功轉(zhuǎn)移之前的這段時間是否具有限流能力，即斷路器本身是否具有限流功能？
根據(jù)查閱國家權(quán)威機構(gòu)的試驗檢測數(shù)據(jù)及相關(guān)試驗報告上得知，高速真空斷路器分閘時間4ms-6ms，但這個分閘時間（分閘時間的定義請參看GB1984 交流高壓斷路器）只是斷路器在空載狀態(tài)下的動作時間，完全不能等同于上述時間間隔。從試驗報告所附的波形圖得知，高速真空斷路器的全開斷時間（從故障電流發(fā)生到故障電流完全切除的時間間隔）范圍13ms-30ms，見下圖：
圖3 高速開關(guān)開斷故障電流的波形圖
顯然，這個全開斷時間=故障電流識別時間+分閘時間+燃弧時間。只有在這個時間間隔后，故障電流才可能轉(zhuǎn)移到其它支路中去。也就是說，在一切控制正常的情況下，從故障電流發(fā)生到故障電流成功轉(zhuǎn)移到限流支路中的最大時間間隔為30ms，這就回答了第一個關(guān)鍵技術(shù)問題。
至于第二個關(guān)鍵技術(shù)問題：斷路器開斷過程中是否具有限流功能？這是一個基本常識，所有真空或SF6斷路器都不具備限流功能，它們只能在故障電流自然過零點才能開斷。
（2）電力系統(tǒng)抗短路電流能力的表征參數(shù)
其一，額定短時耐受電流，俗稱熱穩(wěn)定電流，IEC及國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在此電流作用下電氣設(shè)備及系統(tǒng)應(yīng)能承受1s-4s而不損壞。對于開關(guān)設(shè)備而言，額定短時耐受電流=額定短路開斷電流。
其二，額定峰值耐受電流，俗稱動穩(wěn)定電流，即在此峰值電流產(chǎn)生的電動力的作用下，電氣設(shè)備不應(yīng)結(jié)構(gòu)不應(yīng)因為受力而損壞。理論上，電流導(dǎo)致的電動力與電流瞬時值的平方成正比。對于開關(guān)設(shè)備，根據(jù)GB11022:
（3）深度限流及母線殘壓保護(hù)裝置的安全隱憂
對于圖4，假若圖中的穩(wěn)態(tài)短路電流=額定短時耐受電流，則額定峰值耐受電流=Ip=1.8Ik=2.5。若電力系統(tǒng)中所有電氣設(shè)備（包括連接導(dǎo)線）的額定峰值耐受電流和額定短時耐受電流均大于Ip和Ike，則系統(tǒng)在抗短路電流能力方面是安全的。
圖4
圖5
圖5表示深度限流或母線殘壓保護(hù)裝置面對短路電流時的波形示意圖，由于前30ms沒有限流功能，電力系統(tǒng)完全暴露在過大峰值電流的沖擊之下，即系統(tǒng)的實際峰值電流明顯超過了系統(tǒng)的額定峰值耐受電流，使系統(tǒng)面臨損壞的風(fēng)險。對于業(yè)主的具體電力系統(tǒng)而言，造紙廠的開關(guān)設(shè)備的額定峰值耐受電流=31.5×2.5≈80kA，而在發(fā)生短路的前30ms系統(tǒng)的實際峰值電流可能達(dá)到46×2.5≈115kA=1.4375×80kA，而開關(guān)面臨的電動力將是其極限承受能力的1.43752=2.1倍。當(dāng)然除開關(guān)設(shè)備之外，還可能存在抗短路能力更加薄弱的環(huán)節(jié)（比如發(fā)電機、變壓器等帶繞組的電氣設(shè)備）。這還不是全部，假若高速開關(guān)出現(xiàn)拒動或其電子控制裝置失效，則用戶電力系統(tǒng)將面臨災(zāi)難性的后果。這就是安全隱憂所在。
2.2.2 關(guān)于限流電抗器+基于爆破切割技術(shù)的限流器
由于限流電抗器的有功和無功損耗相當(dāng)巨大，采用基于爆破切割技術(shù)的限流器FCL將其旁路后可以達(dá)到節(jié)能降耗、提高電能質(zhì)量、提高系統(tǒng)安全性的效果，接線原理如圖6。由于FCL的開斷特性類似于高壓限流熔斷器,即全開斷過程小于10ms且具有明顯的限流特性，故障電流從FCL轉(zhuǎn)移到電抗器L過程的波形如圖7所示，所以只要合理選擇電抗器的參數(shù)就可以保證系統(tǒng)實際峰值電流的最大值小于其額定峰值耐受電流，確保系統(tǒng)安全。不過此時FCL的可靠性顯得尤為重要，若FCL誤動或拒動同樣會給用戶帶來困擾甚至風(fēng)險，所以建議用戶使用理論上和實踐上都安全可靠的限流器產(chǎn)品。
圖6
圖7 短路電流預(yù)期波形及限流波形對比示意圖
2.3 關(guān)于限流裝置安裝位置及限流電抗器的選擇
2.3.1 安裝位置及方式的建議
根據(jù)用戶系統(tǒng)圖1及相關(guān)短路電流數(shù)據(jù)分析，我們建議用戶考慮將限流裝置安裝與圖1的C點，具體示意圖如下：
（a）
（b）
圖8 限流裝置安裝位置示意圖
限流裝置可通過電纜引致戶外安裝布置，再通過電纜引回戶內(nèi)后連接造紙產(chǎn)負(fù)荷。圖8（a）將限流裝置均引至戶外，圖8（b）僅將限流電抗器引至戶外，且FCL可以不影響供電隨時維護(hù)。
2.3.2 限流電抗器的選擇
造紙廠負(fù)荷約20MVA，電流大約1150A，若將造紙廠側(cè)短路電流限制到25kA，則短路阻抗Z2=10kV÷1.732÷25kA=0.23Ω,系統(tǒng)原短路阻抗Z1=10kV÷1.732÷46kA=0.1255Ω，則限流電抗器阻抗Z=Z2-Z1=0.1045Ω。所以限流電抗器可以選擇10kV-2000A-5%即可滿足要求。電抗器上的電壓降在電流2000A時為289V，對負(fù)載側(cè)電壓的影響更小。
3 關(guān)于二廠限流電抗器節(jié)能措施
基于2.2.1同樣的分析，采用高速真空斷路器旁路存在峰值電流顯著超標(biāo)問題，同時存在高速開關(guān)拒動或控制裝置失靈等可能帶來的災(zāi)難性事件，給系統(tǒng)平添安全隱憂，是不可取的。建議用戶選擇安全可靠的限流器產(chǎn)品用于旁路限流電抗器。
4 本公司 DDX1的獨特優(yōu)點
（1）全系列產(chǎn)品配置：每相產(chǎn)品只需配置單隔離器、單熔斷器。
（2）電流傳感器：采用具有線性不飽和特性的內(nèi)置式羅氏線圈，有效優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。
（3）快速隔離器：全密封多斷口平板式結(jié)構(gòu)，單隔離器額定電流最大可達(dá)6300安。
（4）電子控制器：基于雙判據(jù)的故障電流快速識別技術(shù),簡捷易行,準(zhǔn)確可靠。
（5）分相控制，從原理上保證可靠性，同時為用戶節(jié)省運行維護(hù)及備品備件成本。
（6）已廣泛應(yīng)用于國家電網(wǎng)公司及各類工業(yè)用戶，取得了良好的應(yīng)用效果。
5 總結(jié)
（1）一廠限流裝置安裝點建議優(yōu)先考慮圖1的中C點；
（2）在備選的三種裝置中，“深度限流裝置”或“母線殘壓保護(hù)裝置”給系統(tǒng)帶來安全隱憂，表現(xiàn)在使系統(tǒng)短路電流峰值顯著超過系統(tǒng)額定峰值耐受電流，同時若高速開關(guān)拒動或其控制裝置失靈將給用戶系統(tǒng)帶來災(zāi)難性后果。
（3）建議用戶采取限流電抗器+基于爆破切割技術(shù)限流器方案，這代表了國際上目前的技術(shù)水平。值得說明的是，若限流器誤動或拒動也將給用戶帶來困擾甚至產(chǎn)生安全后果，所以建議用戶選擇原理上可靠和實踐中驗證有安全保障的產(chǎn)品。
