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太阳纸业三期过大故障电流及节能解决方案

发布时间:2018-04-03 15:03

作者:admin

  

联系电话:15029006920
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产品介绍

太阳纸业三期过大故障电流及节能解决方案2017-07-24 14:37:34

  

 

详细介绍

  1 一厂问题的提出

  (1)接线图

  

太1.jpg

 

  (2)说明

  50MVA主变10kV母线和40MW发电机10kV母线通过联络线连接,形成发变组接线。若10KV母线区域发生短路故障(例如F1点),则主变B1向故障点可提供29KA短路电流,G1发电机向故障点可提供17kA短路电流,即流过故障点的总电流为46kA。一厂10kV系统断路器的额定短路开断能力为50kA,可以满足要求。

  问题在于:拟扩建4路馈线去造纸厂,造纸厂侧的断路器额定短路开断能力大多为31.5kA,个别甚至为25KA。若造纸厂侧发生短路(例如F2点),则故障电流几乎接近46kA,对系统安全带来巨大威胁。如何解决这个问题?

  2 解决方案

  2.1 业主的初步想法

  业主的初步想法是采用限流措施限制短路电流,比如在图1联络线的A点接入限流装置,或在扩建区域加装限流设备,备选方案有:

  (1)限流电抗器+基于爆破切割技术的限流器;

  (2)“深度限流装置”,即限流电抗器+高速开关;

  (3)在扩建区域加装“母线残压保护装置”,即电阻器+高速开关。

  2.2 陕西蓝河电气提供的分析及建议

  2.2.1 关于“深度限流装置”及“母线残压保护装置”

  (1)原理及关键技术问题

  

太2.jpg

 

  图2 深度限流及母线残压保护

  如图2所示,所谓“深度限流装置”就是在限流电抗器上并联一台高速真空断路器,需要限流时使断路器CB1分闸,不需要限流时使断路器CB1合闸以消除电抗器的有功及无功损耗。所谓“母线残压保护装置”核心就是用一台电阻器取代“深度限流装置”中的电抗器,检测到短路故障后给断路器CB2发出分闸命令投入大电阻限流,判断故障消除后再给CB2发出合闸命令旁路大电阻。市场上把上述两个产品戏称为“一鱼两吃”。

  上述两个产品的关键技术问题是:

  其一,从短路故障发生到故障电流从CB1或CB2成功转移到电抗器或电阻器支路中的最大时间间隔是多少?

  其二,在故障电流成功转移之前的这段时间是否具有限流能力,即断路器本身是否具有限流功能?

  根据查阅国家权威机构的试验检测数据及相关试验报告上得知,高速真空断路器分闸时间4ms-6ms,但这个分闸时间(分闸时间的定义请参看GB1984 交流高压断路器)只是断路器在空载状态下的动作时间,完全不能等同于上述时间间隔。从试验报告所附的波形图得知,高速真空断路器的全开断时间(从故障电流发生到故障电流完全切除的时间间隔)范围13ms-30ms,见下图:

  

太3.jpg

 

  图3 高速开关开断故障电流的波形图

  显然,这个全开断时间=故障电流识别时间+分闸时间+燃弧时间。只有在这个时间间隔后,故障电流才可能转移到其它支路中去。也就是说,在一切控制正常的情况下,从故障电流发生到故障电流成功转移到限流支路中的最大时间间隔为30ms,这就回答了第一个关键技术问题。

  至于第二个关键技术问题:断路器开断过程中是否具有限流功能?这是一个基本常识,所有真空或SF6断路器都不具备限流功能,它们只能在故障电流自然过零点才能开断。

  (2)电力系统抗短路电流能力的表征参数

  其一,额定短时耐受电流,俗称热稳定电流,IEC及国家标准规定在此电流作用下电气设备及系统应能承受1s-4s而不损坏。对于开关设备而言,额定短时耐受电流=额定短路开断电流。

  其二,额定峰值耐受电流,俗称动稳定电流,即在此峰值电流产生的电动力的作用下,电气设备不应结构不应因为受力而损坏。理论上,电流导致的电动力与电流瞬时值的平方成正比。对于开关设备,根据GB11022:

  

太4.jpg

 

  (3)深度限流及母线残压保护装置的安全隐忧

  对于图4,假若图中的稳态短路电流=额定短时耐受电流,则额定峰值耐受电流=Ip=1.8Ik=2.5。若电力系统中所有电气设备(包括连接导线)的额定峰值耐受电流和额定短时耐受电流均大于Ip和Ike,则系统在抗短路电流能力方面是安全的。

  

太5.jpg

 

  图4

  

太6.jpg

 

  图5

  图5表示深度限流或母线残压保护装置面对短路电流时的波形示意图,由于前30ms没有限流功能,电力系统完全暴露在过大峰值电流的冲击之下,即系统的实际峰值电流明显超过了系统的额定峰值耐受电流,使系统面临损坏的风险。对于业主的具体电力系统而言,造纸厂的开关设备的额定峰值耐受电流=31.5×2.5≈80kA,而在发生短路的前30ms系统的实际峰值电流可能达到46×2.5≈115kA=1.4375×80kA,而开关面临的电动力将是其极限承受能力的1.43752=2.1倍。当然除开关设备之外,还可能存在抗短路能力更加薄弱的环节(比如发电机、变压器等带绕组的电气设备)。这还不是全部,假若高速开关出现拒动或其电子控制装置失效,则用户电力系统将面临灾难性的后果。这就是安全隐忧所在。

  2.2.2 关于限流电抗器+基于爆破切割技术的限流器

  由于限流电抗器的有功和无功损耗相当巨大,采用基于爆破切割技术的限流器FCL将其旁路后可以达到节能降耗、提高电能质量、提高系统安全性的效果,接线原理如图6。由于FCL的开断特性类似于高压限流熔断器,即全开断过程小于10ms且具有明显的限流特性,故障电流从FCL转移到电抗器L过程的波形如图7所示,所以只要合理选择电抗器的参数就可以保证系统实际峰值电流的最大值小于其额定峰值耐受电流,确保系统安全。不过此时FCL的可靠性显得尤为重要,若FCL误动或拒动同样会给用户带来困扰甚至风险,所以建议用户使用理论上和实践上都安全可靠的限流器产品。

  

太7.jpg

 

  图6

  

太8.jpg

 

  图7 短路电流预期波形及限流波形对比示意图

  2.3 关于限流装置安装位置及限流电抗器的选择

  2.3.1 安装位置及方式的建议

  根据用户系统图1及相关短路电流数据分析,我们建议用户考虑将限流装置安装与图1的C点,具体示意图如下:

  

太9.jpg

 

  (a)

  

太10.jpg

 

  (b)

  图8 限流装置安装位置示意图

  限流装置可通过电缆引致户外安装布置,再通过电缆引回户内后连接造纸产负荷。图8(a)将限流装置均引至户外,图8(b)仅将限流电抗器引至户外,且FCL可以不影响供电随时维护。

  2.3.2 限流电抗器的选择

  造纸厂负荷约20MVA,电流大约1150A,若将造纸厂侧短路电流限制到25kA,则短路阻抗Z2=10kV÷1.732÷25kA=0.23Ω,系统原短路阻抗Z1=10kV÷1.732÷46kA=0.1255Ω,则限流电抗器阻抗Z=Z2-Z1=0.1045Ω。所以限流电抗器可以选择10kV-2000A-5%即可满足要求。电抗器上的电压降在电流2000A时为289V,对负载侧电压的影响更小。

  3 关于二厂限流电抗器节能措施

  基于2.2.1同样的分析,采用高速真空断路器旁路存在峰值电流显著超标问题,同时存在高速开关拒动或控制装置失灵等可能带来的灾难性事件,给系统平添安全隐忧,是不可取的。建议用户选择安全可靠的限流器产品用于旁路限流电抗器。

  4 本公司 DDX1的独特优点

  (1)全系列产品配置:每相产品只需配置单隔离器、单熔断器。

  (2)电流传感器:采用具有线性不饱和特性的内置式罗氏线圈,有效优化了产品结构。

  (3)快速隔离器:全密封多断口平板式结构,单隔离器额定电流最大可达6300安。

  (4)电子控制器:基于双判据的故障电流快速识别技术,简捷易行,准确可靠。

  (5)分相控制,从原理上保证可靠性,同时为用户节省运行维护及备品备件成本。

  (6)已广泛应用于国家电网公司及各类工业用户,取得了良好的应用效果。

  5 总结

  (1)一厂限流装置安装点建议优先考虑图1的中C点;

  (2)在备选的三种装置中,“深度限流装置”或“母线残压保护装置”给系统带来安全隐忧,表现在使系统短路电流峰值显著超过系统额定峰值耐受电流,同时若高速开关拒动或其控制装置失灵将给用户系统带来灾难性后果。

  (3)建议用户采取限流电抗器+基于爆破切割技术限流器方案,这代表了国际上目前的技术水平。值得说明的是,若限流器误动或拒动也将给用户带来困扰甚至产生安全后果,所以建议用户选择原理上可靠和实践中验证有安全保障的产品。

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