限流电抗器在沿海钢铁企业配电室的应用分析

杨天亮

（首钢京唐公司能源与环境部， 河北 唐山 063210）

某钢铁公司是自动化程度比较高的大型钢铁企业，对生产的连续性和安全性要求非常高。其电缆线路非常多，码头10 kV 配电室负载自身在运行过程中因门机电源线接采用地埋式接线箱、电缆露天地沟，门机上接线箱控制限位失效、卸船机滑环箱的碳刷翻转功能故障及大雨淹没都曾导致发生短路的故障并造成上级站所压降，严重时压降降至运行电压30%左右，其晃电时间超过了80 ms。公司针对曾发生过故障采取一系列措施，逐步降低故障率，但由于气候环境影响，仍无法从最大程度上降低故障影响。

1 项目背景

1.1 故障现象

码头门机、卸船机均是10 kV 高压电缆供电，当码头10 kV 供电系统发生短路、接地等故障时，会造成上级110 kV 变电所10 kV 母线所带其他作业部设备瞬时压降（时间超过了80 ms=保护装置动作时间+周波影响），公司各产线用变频器的低电压动作保护值一般是85%，变频器在满载的情况下，只要系统发生三相短路，10 ms 之内，变频器的直流支撑电压降低到70%，因现场的变频器低电压动作值为85%，所以系统一旦有较大幅度压降，各产线变频器已动作，将造成生产中断，给公司主产线生产带来巨大影响。

1.2 故障分析

如图 1 所示，若 d1、d2、d3、d4 线路发生短路，由于中间没有任何隔离，则短路支路母线电压发生暂降，所有短路点本段10 kV 负荷同样电压会发生暂降，虽然继电保护速断整定时间是0 s，但真空断路器的完全开断时间长达60 ms 以上，60 ms 以上的时间，接触器、继电器、变频器等负载低电压穿越失败，会造成大面积停电事故。

图1 110 kV 变电所所带码头一次系统

1.3 交流对比分析

方案是在10 kV 站所进线改造成限流装置（见下页图2）形式铺设或在进线开关柜前直接串联限流电抗器两种方式进行选择，通过短路电流计算得出需增加电抗器大小，以确保发生短路故障时电抗器发挥作用确保故障切除前短时稳定残压在运行电压90%以上。

母线柜内增加限流装置，为开关柜内断路器与电抗器并联形式（见下页图3），正常运行时通过设备本身采集系统实时采集系统电流，当电流突变符合短路电流量时，通过快速识别装置控制断路器断开，将电抗器全部投入系统，维持系统残压在90%。但综合考虑零损耗深度限流装置为断路器开关柜与电抗器成套采购，开关柜工作原理为识别装置控制系统控制永磁铁线圈磁力达到控制开关位置变化。

如果采用增加限流装置的方式，每套装置开关柜在投资较大，并且需要在原进线开关柜之前或替换现有进线开关柜安装；码头配电室原开关柜安装已无空余位置，单独建造建筑物放置此装置需额外增加费用；进线处增加四处电缆接点和一套开关柜，并且控制线圈为一直带电状态、对永磁铁及运行线圈维护缺乏经验及有价值对标分析，并且给系统多提供了一个故障点，从系统安全运行分析不建议采取。而采取进线开关柜前串联电抗器比原方式只增加两处电缆接点，综合项目施工时间、投资和故障点位分析，最终确定采取直接在进线开关柜前串联电抗器形式进行改造。

图2 限流装置示意图

2 改造方案

2.1 改造方案

在码头三处配电室进线各增加一组限流电抗器，共计三处配电室安装6 组限流电抗器，电抗器安装在配电室屋外电缆沟旁空地，电缆沿地面桥架敷设，桥架与原电缆沟连接，电抗器周边设置安全护栏及屋顶，确保安全距离符合要求。原进线电缆截断与电抗器连接，电抗器出线敷设进入配电室进线开关。

2.2 计算方案

图3 110 kV 变电所系统增加电抗器示意图

设基准容量、基准电压、基准电流分别：Sjz=1 000 MVA，Ujz=10.5 kV，Ijz=54 987 A。

10 kV 电抗器在基准下电抗标幺值为Xk*。

例3 号码头变电所（一）电抗器出口三相短路最大电流Id3。

在码头变电所，10 kV 母线残压为10 kV×85%=8.5 kV。

将系统参数、电缆参数代入公式可计算得Xk*，详细计算过程电抗选定后，运行损耗见表1。

表1 电抗器投入后运行损耗计算表

其中由于码头变电所负荷的性质，正常运行电流小，选择此方式损耗较小，稳定性较高。

3 改造效果

电抗器作为电力系统中不可缺少的补偿装置，需求日益增多、应用广泛。本文对某10 kV 配电室在故障情况下提高母线残压装设电抗器的方案做了简要的探讨说明，确保一般故障情况下母线电压在合格范围之内。在运行实践，门机设备发生10 kV 供电系统短路的情况下，可以将短路故障对上级110 kV变电所10 kv 供电系统的影响概率降低90%。但是电抗器本身故障时仍有可能影响上级供电，经运行统计和历年事故对比，发生电抗器本身故障概率较低，因此此改造方案可取。