摘要：随着公司跨越式发展，电力系统容量不断增大、各线路负荷骤增，加之电力系统负荷分配不均衡，系统以最大运行方式长期运行致使系统短路电流严重超标，已远远超过了目前断路器的短路开断能力。短路电流的超标治理问题已经成为龙钢公司电力系统亟待解决的难题。对此，龙钢公司采用零损耗深度限流装置对电力系统短路故障电流进行限制。本文分析探讨了限流装置在龙钢的应用现状等。
关键词：短路电流 限流装置 零损耗 电力系统
1.引言
随着龙钢公司工艺产能的新建、扩建、改造，各类负荷、发电机未统筹随时接入，造成电力系统负荷的迅速增长，导致电网短路电流不断增大。而不断增大的短路电流极有可能超过变电站最初设计时设备（断路器、电流互感器、电缆等）的开断能力或热稳定能力，从而造成安全隐患。因此，限制电力系统短路电流，从而有效减轻断路器等各种电气设备的负担，提高其工作可靠性和使用寿命，提高电力系统的运行可靠性，已成为公司电力系统安全稳定运行亟待解决的问题。
2.限流电抗器在电力系统的发展现状
（1）爆炸桥式
爆炸桥式大容量高速开关装置，由FU限流熔断器、FR氧化锌阀片、FS爆炸桥体及限流电抗器并联组成。
短路故障时，FS先炸断，电流换至FU，FU熔断，熔断后产生的足够的弧压，弧压使得FR导通，FR吸收FU熔断的电弧能量，此时限流电抗器投入系统。
爆炸桥式属于一代故障限流技术。其大容量高速开关装置突出优点是开断速度快、开断容量大，但是因采用爆炸式换流，由熔断器开断短路回路，也带来了颇多的应用局限性和缺点。
（2）普通电抗器
现代电网容量扩大及新建更多的自发电机组导致系统短路电流严重超标，短路电流过大严重影响支路断路器成功开断，必须采取限流措施，加装限流电抗器。
但单纯加装限流电抗器长期再系统运行带来损耗及压降等诸多问题，具体分析如下。
a.电压降问题
直接串联限流电抗器，在系统有大的波动时（如启动大容量电动机时），产生大的电压降影响其它设备正常运行。
b.电磁漏磁问题
限流电抗器多为空心电抗器，正常运行时产生的漏磁场不仅会恶化周围设备的电磁环境，导致通讯系统异常或继电保护不正常动作，如果干式空心电抗器周围有磁性元件的话，还可能会造成干扰，对控制设备以及通讯设施会产生极大的危害。
c.严重的功率损耗问题
设定限流电抗器参数：Ie=2500A，Ue=10kV，电抗率10%，实际工作电流按2000A，则负荷率β=2000/Ie=0.8。
该限流电抗器安装在发电机出口侧，损耗计算如下：
电抗器有名值
① 无功功率损耗
单相无功功率
无功经济当量KQ取0.03kW/kvar；
等效单相有功损耗
；
等效三相有功损耗为83kW；
假定一年此种工况电抗器运行8500小时，则等效年耗能为8500小时*83kW=70.55万kwh；
假定计算费率为0.5元/kwh，则无功年损耗为35.3万元；
② 有功功率损耗：
根据各电抗器厂的经验数据，电抗器的有功损耗系数KP=0.012kW/kvar；
单相有功损耗
；
三相有功损耗为33.2kW；
年耗能为8500小时*33.2kW=28.22万kwh；
假定计算费率为0.5元/kwh，则有功年损耗为49.4万元；
③ 综合功率损耗=有功损耗+无功损耗=39.5万元
（3）零损耗限流电抗器
零损耗深度限流装置由换流器与限流电抗器并联组成，换流器核心部件“高速涡流驱动开关”。
短路故障时，换流器将短路电流换入电抗器回路，限制短路电流至幅值的50%以下，短路故障解除，限流电抗器退出运行，电流换入换流器回路。
零损耗限流电抗器属于二代故障限流技术。其技术优势有以下几方面：
a.零损耗深度限流装置动作后可自行根据短路故障是否切除来使“高速涡流驱动开关”合闸，使系统恢复正常运行。
b.零损耗深度限流装置电抗器仅在短路故障时投入系统，电抗率可以做的很大，故可以深度限流，将原电流幅值限制在50%以下。
c.零损耗深度限流装置换流元件为高速涡流驱动开关，结构简单，原理清晰。比普通断路器所使用的弹簧操作机构运动部件减少80%。且使用简单的直线运动，没有复杂的传动机构，可靠性大大提高。
d.采用相控技术零点开断，熄弧期间的燃弧量不到普通断路器的10%，开断容量大大提高，触头烧灼小，其触头电寿命呈级数上升。
e.零损耗深度限流装置单相直径仅为常规电抗器70%-80%，高度与常规电抗器近似；整体结构采用法兰式连接。
f.零损耗深度限流装置为一次性投资，免维护。
3.电力系统短路采取的解决对策
（1）系统分列运行，即采用最小运行方式，可最大限度减小系统短路电流。
（2）安装限流装置可彻底解决短路电流超标问题，主要有以下内容：
a.可解决短路电流过大致使无足够遮断能力的断路器可选的问题。
b.可解决因短路电流增大，需要大批更换高压断路器等设备所带来的经济和基建上的问题。
c.可解决某些联网、成环上的难点，提高供电可靠性。
d.可降低输电线路和串联输变电设备的电动力及短时发热负担，提高电网设备的可靠性。
e.可提高电网的暂态稳定性。
f.可减小短路电流对通信线路的干扰。
g.在短路故障时，可提高母线电压和用电质量。
4.零损耗深度限流电抗器在龙钢的运行实例分析探讨
龙钢公司最新采用了第二代零损耗深度限流装置，该产品具有动作迅速、能切断大电流、结构简单且无损耗等优点。
2019年5月21日，该公司电力系统下属终端某支路发生短路事故，最高短路电流值达到10610A，短路发生后，限流装置设备及时投入运行，限流装置投入运行后从电流曲线图可看出对系统短路电流的影响，相对以往短路事故，未对系统造成大的影响。如下图：
故障消失后，系统恢复正常，限流装置自动退出系统运行，避免电抗器发热损耗，如下图：
5.结束语
综上所述，零损耗深度限流装置在应用的过程中具有运行安全、稳定可靠等诸多优点；节能效果非常明显，与此同时装置节能效果能持续有效，可长时间运行，维护的过程中工作量比较小，值得推广应用。
参考文献：
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论文作者:郭兵杰, 强明明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：流电论文; 电流论文; 装置论文; 电力系统论文; 断路器论文; 深度论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第15期论文;