V F C 快速断路器在T R T 中的应用实践

陈 均 赵泽文 黄振礼 刘东晓

随着我国钢铁工业不断进步、电能需求不断提升，大型同步电动机、发电机的应用面更广，对供配电系统的稳定性、连续性、可靠性提出了更高的要求。因为一旦发生大面积停电事故，就可能导致严重的经济损失，甚至造成危及人员及设备安全的事故。为避免和降低相关问题的出现几率，为企业安全生产提供保障，减少经济损失，需要加强供配电系统的建设与改造，与实际效果相结合，将相关问题作出预判，并提出全面解决的方案。

1.VFC快速断路器开关的特点

高炉煤气余压透平发电装置（Blast Furnace To p Gas Recovery Turbine Unit，以下简称TRT），是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能。TRT工艺流程是：高炉产生的煤气，经重力除尘器、干法布袋除尘，进入TRT装置。经入口电动碟阀—入口插板阀—调速阀—快切阀，经透平机膨胀做功，带动发电机发电，自透平机出来的煤气进入低压管网，与煤气系统中减压阀组并联。发电机出口断路器连接于炼铁厂10KV主站系统母线与电网，当TRT运行时，发电机向电网送电；当高炉短期休风时，发电机不解列作电动运行。TRT装置由透平主机、大型阀门系统、润滑油系统、液压伺服系统、给排水系统、氮气密封系统、高低发配电系统、自动控制系统八大系统部分组成。

1.1 存在问题

炼铁厂TRT发电系统采用西安陕鼓透平机和南洋防爆大型同步发电机（3MW）。发电机在运行中存在的技术问题亟待解决。

（1）炼铁厂1号110KV变电站系统建设规模大，大型变压器、同步电动机、同步发电机应用广泛，网络系统容量大，一旦系统发生短路故障，将会产生较大的短路电流。

（2）大型同步发电机一旦发生短路故障，应在限制系统短路电流的同时，快速使发电机解列，脱离电网，以保证配电系统安全。短路故障设置功能必须在设计时有预设。

（3）发电机出口若使用普通真空断路器，短路电流容量有限，且断开时间长（40～65ms），很容易发生大面积停电事故，严重时会引起整个配电系统瘫痪，造成无法估量的后果。

（4）要解决系统短路电流超标，重视断路器安全开断能力不足的问题。

1.2 要重视系统短路电流计算

（1）系统中假设110KV母线侧发生短路。

（2）系统中假设10KV母线侧发生短路。

（3）系统分别统计计算三相短路电流、单相短路、两相短路、两相对地短路容量及短路电流值。

2.VFC快速断路器的零损耗深度限流装置

ZLB系列零损耗深度限流装置（以下简称ZLB装置），是由换流器、限流电抗器并联而成的开关设备（见图1），再经由K1、K2点串接在供电线路中。其中换流器是以加拿大Max-Swi公司制造的VFC系列“涡流驱动”快速断路器为主要元件，并整合了短路电流快速判断的测控装置的组合电器；“限流电抗器”在发电机正常运行时被接入换流器，旁路处于退出状态，损耗为零，仅在短路故障时才投入，故障解除后再自动退出。

图1 ZLB系列零损耗深度限流装置示意图

配置于TRT发电机出口断路器，当系统发生严重断路时，能有效治理短路电流超标现象，保护供电网络安全，避免由于普通高压断路器无法开断极限短路电流，而造成系统不可预测的毁灭性破坏的风险。

3.使用效果分析

从图2 中可以看出三相短路电流最高达到37.712KA，需要选择分断能力40KA及以上断路器，才能保证系统稳定可靠。但由于普通真空断路器分断时间较长（40ms～65ms），当发电机出现短路故障时，不能在一个周期内分断解列电网，可能造成越级跳闸或更大范围内跳闸停电事故，同时也不利于保护发电机本身。采用以加拿大Max-Swi公司制造的VFC系列“涡流驱动”快速断路器，该断路器分闸时间小于5ms、合闸时间小于15ms，能在一个周期内实现分合闸，能有效保护发电机及电网安全，使配电系统更加稳定。

图2 VFC系列“涡流驱动”快速断路器工作示意图

4.结束语

炼铁厂内分布着大量一、二级供电负荷，对供电系统的可靠性和稳定性要求极高。保证供配电系统设备稳定运行，减少异常停电导致的重大经济损失、人身安全事故，是企业技术人员义不容辞的责任和使命。在科技发展日新月异的今天，企业技术人员必须紧跟科技进步的浪潮，不断创新求进，增强驾驭先进设备的能力，为企业创造更大的经济效益。