摘要：我唐钢动力厂热电一车间有三台发电机组，为了降低短路电流对发电机系统的冲击，需要串联限流电抗器来限制短路电流，但串联电抗器后又会产生一系列问题，大容量高速开关与限流电抗器并联运行就可以解决电抗器产生的电能损耗、电压降、漏磁场等问题。

　　关键词：大容量高速开关 限流电抗器 节能降耗

　　1、前言

　　我动力厂热电一车间主要负责公司生产供电。该车间共有三台汽轮发电机组，分别是两台30MW发电机，一台15MW发电机，三台发电机组输出线路各装有一组限流电抗器， 4#、5#、6#发电机的限流电抗器容量分别为2500A、2500A、1500A。

　　2、现状及存在问题

　　限流电抗器主要作用是当系统发生短路故障时，利用其电感特性，限制系统短路电流，从而降低短路电流对系统的冲击。但是，电抗器长时间运行将产生巨大的能量损耗，经过计算，每年三台发电机组电抗器的电能损耗高达上百万元。

　　在生产运行中，电抗器产生的压降随负荷变化而变化给调节电压质量造成困难。而且限流电抗器串联在发电机系统中，造成系统电压升高，也不利于电气设备绝缘安全。

　　此外，强大的漏磁场使电抗器本体产生严重发热及振动影响设备寿命，特别是夏季运行存在很大隐患。同时对弱电通讯控制系统产生干扰影响。

　　3、解决方案

　　通过对现有系统的分析，要想解决“降低限流电抗器能耗”的问题，通过现有的设备，优化调整运行方式，无法有效的解决此问题，所以，只有增加附属设备。而增加附属设备后，首先要保证发电设备的安全运行，不能因为通过增加设备起到了节能降耗的作用，而带来了其它的设备隐患。因此，在选择此设备时，要保证所用设备的可靠性。

　　经研究决定，将原有三台电抗器与大容量高速开关并联。发电机正常运行时，高速开关闭合，将电抗器短接，工作电流从大容量高速开关流过，而电抗器只通过极其微小的电流，接近退出状态；当发电机系统短路故障时，高速开关的保险快速熔断，使电抗器投入，发挥其限流作用，有效保证了对重要用户的不间断供电。

　　4、大容量高速开关的特点

　　（1）大容量高速开关结构图

　　大容量高速开关的示意图与实物图

　　（2）大容量高速开关的工作原理

　　快速隔离器和特种高压限流熔断器是并联的，由于前者电阻为微欧级，后者电阻为毫欧级，故正常运行时母线电流几乎全部流过快速隔离器。当系统发生短路事故时，置于快速隔离器内部的电流变化率传感器将母线中的短路电流信号通过信号电缆传递给高压侧电子控制器，由电子控制器进行信号的分析和处理。若短路电流信号超过整定值，电子控制器将通过信号电缆输出点火脉冲信号，使快速隔离器中的执行元件动作，将隔离器导电回路在几百微秒的时间内高速断开；在隔离器导电回路断开的过程中，故障电流转移到特种高压限流熔断器，由特种高压限流熔断器最后开断短路电流，切除故障。大容量高速开关的开断短路电流的动作时序如图所示：

　　t=0 短路故障发生。

　　t=t1 电子控制器探测到故障并建立点火信号，此时间与预期短路电流的大小、电子控制器动作整定值及短路发生时的相位角均有关系，一般大于600?s。

　　t=t2 快速隔离器断口打开，电流转移到限流熔断器中，（t2-t1）约为200?s。

　　t=t3 熔断器开始起弧，（t3-t2）为熔断器的弧前时间，一般为一个毫秒左右，图中的Ic即为限流峰值。

　　t=t4 熔断器内电弧熄灭，故障电流被彻底开断，（t4-t3）为熔断器的燃弧时间，一般小于5ms。

　　5、实际应用及改造效果

　　我厂2012年6月对三台限流电抗器加装大容量高速开关，迄今已收到明显效果。具体如下：

　　①节能降耗

　　通过实际测量法，计算效益：

　　测量电抗器平均压降U、平均通过电流I和平均相位，计算公式：△U×I×COSΦ，三台电抗器能耗情况如下（实测值采自2013年8月18日下午15：00的运行记录）。

　　4#机电抗器：（10.36KV-10.2 KV）×1489A×0.89=212KW ，即每月耗能212KW×24h×30=152640KWh。按照0.50元/KWh计，则每月电费为152640×0.50=7.63万元。5#机电抗器：每月电费为（10.18-10.1）×1700×0.86×24×30×0.5=4.21万元。6#机电抗器：每月电费为（10.33-10.1）×594×0.92×24×30×0.5=4.52万元。即，三台电抗器每月电费合计约为16.36万元。此外，电抗器室内有两台50KW空调，每年运行6个月，可算得空调每年电费为21.9万元。购买三台大容量高速开关的费用为190万元，安装费5万元。综上所述，预计年内可收回投资。

　　②夏季运行时，原来电抗器室内最高实测温度达到48℃（此时，电抗器室内投运两台50KW空调），电抗器本体最高实测温度达到82℃；并联大容量高速开关后，室内温度为37℃，电抗器本体温度为42℃（此时，电抗器室内未采用任何降温设备）。通过此次改造，有效保证了设备的运行安全。

　　③消除无功损耗：电抗器存在巨大的无功损耗，明显影响变电站带负荷的能力，给电力系统带来很大的损失。通过加装大容量高速开关可以彻底消除限流电抗器的无功损耗，有利于降低线损，改善系统的功率因数。

　　④提高供电质量：电抗器对后级母校电压质量有影响，一般会使母线电压降低3%—8%，通过加装大容量高速开关后，上述电压损失可以有效消除，提高电压质量。

　　⑤消除干扰：消除了电抗器磁场及噪声对环境和设备的干扰。

　　参考文献：

　　[1]孙丽华.电力工程基础[M].北京：机械工业出版社，2006

　　[2]曹广恩，小型火力发电厂电气设备及运行[M].西安：水利电力出版社，2008

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