KSTY水电站中高压限流组合装置的应用

2018-03-31杨异希

水电站机电技术 2018年3期

关键词：厂用厂用电熔断器

杨异希

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000）

1　电站概况

KSTY水电站总装机容量为100 MW，装机4台，分别为2台35 MW、2台15 MW。

KSTY水电站以220kV一级电压接入系统，220kV出线4回，1回接上游梯级水电站，2回接入县城220 kV变电站，距水电站约15 km，1回备用。水电站工程开发任务是水力发电，向地区电网提供电力电量，以满足经济社会的发展需求。

2　厂用电分支设计方案的确定

当厂用电分支未采用离相封闭母线时，为了限制短路电流，厂用电变压器高压侧宜装设断路器或者其他有效措施。作者在对KSTY电站的厂用电系统进行了细化设计并查阅相关材料后得出为达到限制短路电流的目的设计者多采用3种方案。这3种方案分别为：①在厂用电分支装断路器，②在厂用电分支装限流电抗器和断路器，③在厂用电分支装限流熔断器和真空断路器。对以上3种方案作者结合本工程实际情况进行相关计算和对比之后得出以下结论：

方案1中由于受开断电流的影响，对于大中型机组需要采用专用的真空断路器，但是专用真空断路器造价偏高，大大提高了设备的成本。

方案2增加了一组限流电抗器，而限流电抗器的占地面积比较大，结合本电站厂房布置形式后得出该设备只能布置在副厂房水轮机层，且需装设安全防护栏，区域位于中控室下方，由于该设备运行时产生的噪音大，对运行人员干扰较大。

方案3在厂用分支采用限流熔断器和真空断路器。限流熔断器作为保护元件，当厂变高压侧发生短路故障时，可以快速熔断，可快速切除故障且限制短路电流，使得其后的电气设备均可选用轻型电气产品，所配置真空断路器仅作为操作元件，起到负荷开关的作用，且比负荷开关更便于远方控制，由于该方案具有明显的技术与经济优势，目前在国内大中型水电站工程中得到广泛的应用。

经过论证后决定KSTY水电站厂用电分支处采用方案3，装设限流熔断器和真空断路器组合。下面结合KSTY水电站工程具体设计，对该方案的应用加以详细介绍。

由电站短路电流计算的结果得知，在图1中当厂用分支高压侧d0发生三相短路故障时，由系统侧提供的短路电流为IO=33.54 kA，由发电机提供的短路电流有效值为I1=11.93 kA，总计三相电流有效值为I=59.98 kA。

由此可知，如果厂用电分支发生三相短路的时候，短路电流的最高值可达59.98 kA，这一数值远远大于普通的厂用变压器及开关设备的额定短时耐受电流值，超出了其承受能力范围，如果选用大容量设备其价格已高出发电机断路器，且厂用变压器需提出超常规的技术参数要求，费用增加较高。

高压限流组合装置（图1中虚框内设备）主要由限流熔断器、高能氧化锌电阻和真空断路器3部分组成。短路电流较大时快速熔断器熔断，一般的过载电流由断路器动作，利用高能氧化锌电阻实现快速灭弧以限制过电压。不仅实现了限流性及快速性，而且实现了与真空断路器的联合保护。

图1　一次系统接线图

3　高压限流组合保护装置的参数选择

首先应该考虑的是高压限流熔断器的额定电流，而且厂用变应考虑5%的容差，允许过载1.25倍。按照相关规范要求，当厂用变低压侧发生故障时，熔断器的熔断时间应大于等于1 s，以保证厂用变压器低压侧回路有选择地跳开厂用变压器低压侧断路器，熔断器仅作为厂用变压器低压侧短路时的后备保护。

由此得出，高压隔离开关QS型号为：GN22-10-1250A，检修方便且安全；真空断路器QF型号为：3AH2-1250-25kA；过电压保护器型号为：MT-FGB-10Z；高压限流组合保护装置的最大开断电流值为63 kA。

4　高压限流组合保护装置的特点

经过理论计算和实践证实，FUR组合保护装置有其很大的优越性，并已在KSTY水电站厂用电系统中成功运用，在该电站的运行过程中，它不但减少了设备的误动率，而且有效的保护了主要电气设备，提高了电站的经济效益。但在选用该设备时，应多方案比较，综合考虑和计算，既要保证电站的安全性，又要保证动作的可靠性和选择性，它不同于一般熔断器或负荷开关的选择，不论选择哪种设备，均应充分考虑熔断时间与下级断路器在动作时间上的配合。由于高能氧化锌电阻的能量转移，降低了操作过电压，有效地保护了主要电气设备免受过电压的冲击，但在选型时应对其残压水平与电气设备的冲击耐压水平进行比较和校验。