1、大容量高速开关装置的原理及应用摘要：介绍了大容量高速开关装置的组成、工作原理、特点、动作条件及与限流电抗器并联使用时，能够解决因电抗器串联而引起的一些问题。 关键词：FSR、限流性、快速性、降低损耗 中图分类号：TM643 文献标识码： A 文章编号： 1.组成大容量高速开关装置主要由载流桥体 FS、高压限流熔断器FU、非线性电阻 FR、电流互感器 CT 及测控单元等组成，简称 FSR.。如下图 1 所示。 图 1 桥体(FS)：正常时流过工作电流，短路时在 0.15ms 之内快速断开。 熔断器(FU)：桥体断开后全部短路电流转移至熔断器，在 0.5ms 以内熔断，并产生足够的弧压。 非线性电
2、阻(FR)：熔断器熔断时产生的弧压使其导通，吸收磁能，并把开断时的过电压限制在允许范围内。 电流互感器：保证 20 倍额定电流情况下，二次输出信号不失真、不滞后。 测控单元：检测电流和电流变化率，故障出现时向桥体发出分断信号。 2装置工作原理桥体(FS)与熔断器(FU)阻抗相比为 12000。因此正常运行时工作电流经 FS 流过。系统发生故障短路时，接到测控单元的分断命令后，FS 在 0.15 ms 之内爆破断开，电流转移至 FU。FS 断开后全部短路电流转移到 FU，使 FU 在 0.5 ms 内熔断，并产生足够的弧压。FU断开时产生的弧压使其导通，吸收 FU 开断后产生的电弧能量及电源注入
3、的能量，使 FU 顺利熄弧，并把断开时的过电压限制在允许的 2.5 倍相电压范围内。检测电流和电流变化率，当电流幅值和电流变化率同时超过定值时，判断为短路发生，并采用 3 个相同的独立工作的测控部件，以“三取二”动作方式做出判断，向 FS 发出分断信号。3.装置特点 a. 由于 FSR 的限流性，设备不再遭受短路电流的冲击，延长了发电机、主变等设备的使用寿命，大大提高了系统设备在动稳定与热稳定方面的安全裕度。b. FSR 的快速性，使故障切除的时间大大缩短（小于 3ms） ，更能有效地保护设备。大量的研究结果表明，只有在 20 ms 内切除故障，才能避免主变、发电机等设备的损坏，并避免主变、发
4、电机停运。c. FSR限制了开断过电压，使开断过程中产生的过电压限制在设备允许的范围内。d. 对较小的短路电流，由和 FSR 串联的断路器开断。对较大的短路电流，在 FSR 动作的同时，断路器也动作，但由于其动作时间长，因此在 FSR 开断、截流约 80 ms 后才动作，断路器开断时，线路中已无电流流过，提高了断路器的使用寿命。4. FSR 的动作条件 a.FSR 的电流波形 大容量高速开关装置的动作电流波形如下图 2 中的曲线 4，此曲线在第一个 1/4 波形区间电流值等于上述启动电流值的斜率，即为 FSR 电流增长率的整定值。 系统大方式下预期三相短路电流曲线。 2、短路电流在 FR 中衰
5、减曲线。 3、FSR 的启动电流值 i=ilimit 。 4、峰值为Idz 的过电流曲线。 5、系统的实际动作电流曲线的电流增长率切线。 t0 ：短路电流达到动作值时所需时间。 t1：电流截止时间。 t2 ：电流衰减到零的时间。 IP ：截止电流。 b.FSR 的动作条件 FSR 的动作取决于启动电流值 iLimit (图 2 中的曲线 3)、电流增长率 di/dt(图 2 中的曲线 5)，只有在两者同时超过整定值时，FSR 才会动作。 5 大容量高速开关装置在我车间的应用 FSR 在我车间用于 110KV 乙烯变电站和 110KV 化肥变电站。和电抗器并联使用。其一次接线图如下（以 110K
6、V 化肥变电站为例）： 图中虚线框内为大容量高速开关装置(FSR)。 未装 FSR 时，由于电抗器串联在主回路中，所以该系统在正常运行时将存在以下问题： a、电抗器串联在主回路中使母线电压降低。正常运行时，电抗器上的压降使得母线上电压降低，尤其在重负荷启停时，将使电压波动加剧，带来晃电问题，降低了供电的可靠性。 b、电抗器的有功功耗大。 通过查阅电抗器手册，额定电压 6kV，额定电流 4000A，电抗率 8%的电抗器，额定电流下，其单相有功损耗约为 13.15kW，单相无功损耗约为8 kW，年通电时间按 8000 运行小时、电费按 0.4 元/度计算，则电抗器的年耗电为： W=3（13.15+
7、8）8000=507600kW； 则额定电流下，每台电抗器有功功耗的年用电费约为： ￥= 5076000.420.3 万元 从以上计算可见，电抗器运行的经济损失是不容忽视的。 c、空心电抗器强大的漏磁场对混凝土的影响及对通讯的干扰。 楼板或基础混凝土中的钢筋在强大的漏磁场作用下，产生附加损耗，而且在长期的震动下，将使混凝土松软，影响混凝土基础和厂房的寿命。在限流电抗器两端并联大容量高速开关装置（以下简称 FSR）后，由于 FSR 具有限流性和快速性的特点使系统得到优化，具体优点如下： 正常运行时电抗器被 FSR 短接，电流基本上全部从 FSR 中流过，从根本上避免了正常运行时电抗器带来的电能损
8、耗、漏磁场等问题。给企业带来可观的经济效益。 在 6kV 系统发生短路故障时，FSR 快速分断，将限流电抗器串入主回路中，由故障处断路器切除故障点。 FSR 的一次通电部位包括：FS 为载流桥体。正常时流过工作电流，一旦短路故障发生，则在 1ms 内快速分断；FU 为高压限流熔断器。FS分断后强大的短路电流被迫流入 FU 中，经 0.5ms FU 熔断；FR 为氧化锌非线性组件。在 FU 熔断时的弧压作用下由截止变为导通，把开断过程中的过电压限制在设备允许的 2.5 倍的相电压以内，熔断器 FU 在 t1 时间内熔断截流，并产生弧压将电流迫入非线性电阻 FR 中快速衰减。此时短路电流只上升到 Ip (见图 2)，仅为预期短路电流峰值的 1/5 至 1/10。 6.结论 1.利用大容量高速开关装置的快速性，对短路电流的切除时间极短的特点，使负荷侧断路器所遮断的容量在设计范围内，同时减小了短路故障时对系统的冲击。 2.正常运行时，降低了系统阻抗，提高了电压质量，减小了电压偏移。 3.消除了电抗器带负荷运行时很大的电能损耗，提高了设备经济运行效益。 参考文献： 1 王川用于大型同步发电机出口及厂用变分支的大容量快速开断装置水电电气 2001.1 2 淡淑恒同步发电机出口短路分析及采用大容量电子化熔断器作短路保护的新概念 高压电器 1995.5
