摘要：随着电力系统的发展，常规的真空断路器已无法适应现代电力系统的发展，出现短路遮断容量不足、无法开断等问题。为解决上述问题，在设计方案中采用加装限流电抗器以降低系统的短路电流，确保电力系统发生短路时，断路器能可靠切断故障。ZLB型零损耗深度限流装置，在系统无短路电流故障时，电抗器阻抗很小——零损耗；在系统发生短路电流时，电抗器阻抗很大——深度限流；系统短路故障切除后，装置立即返回原工作状态。
关键词：断路器；零损耗；短路故障；深度限流
0 引言
随着电网装机容量的快速增大，短路电流频繁出现，电力重载地区应出现或将要出现配置不到所需的大遮断容量断路器的情况。短路电流超过断路器的最大遮断容量时，需要采取电网分区运行、电磁解环、更换大遮断容量开关、开断线路、采用高阻抗变压器等限制短路电流的措施，而这些是以牺牲电网的安全性、可靠性和经济性为代价的。因此，研制新型、实用、节能的电网短路电流限制装置非常重要。
零损耗深度限流（ZLB）装置采用基于电磁斥力原理的涡流驱动技术，是一种可高速投入、高速退出、深度限流的新型故障电流电抗器，可限制电网短路容量，减轻断路器等各种高压电气设备的动、热稳定负担，提高设备动作可靠性和使用寿命。
1 零损耗深度限流装置的技术优势
零损耗深度限流装（ZLB）置技术对节能降耗、提高电压质量、降低电网和设备风险的技术发展有积极推动作用，其具有的优势如下：
1）使用零损耗深度限流装置，当电网运行方式变化，电源点数目增加，系统短路电流增大并超标的情况下，发生故障时，无需再担心断路器无法开断超标的短路电流造成事故的发生和扩大，可以使得运行方式的变化更加灵活，避免受到短路电流超标对运行方式调整的限制。
2）对于短路阻抗偏低的变压器，如果存在单台主变分列运行时短路电流也超标的情况，按照目前常规做法，需要在变低侧加装限流电抗器限制短路电流。加装零损耗深度限流装置后，可以取消常规限流电抗器，解决了加装固定限流电抗器后，长期运行带来的系统压降、功率损耗和电能损失、电磁污染、系统动态稳定降低等问题。
3）系统加装零损耗深度限流装置后，可以避免常规普通限流电抗器长期运行给电网内带来的大量的无功损耗，节省相应的无功补偿设备的配置投资。
4）加装零损耗深度限流装置，可以显著降低因短路事故造成对电网设备的累计冲击作用，有效的提高设备的使用寿命，提高设备运行的可靠性。
2 零损耗深度限流装置的应用
2.1 零损耗深度限流装置的安装位置
假设将ZLB装置安装在某220kV变电站的110kV出线与#1主变之间。
2.2 220kV变电站的110kV出线负荷侧变电站的短路电流情况介绍
假设当220kV变电站的110kV出线分别带110kV 某1变电站#2主变和110kV 某2变电站的#3主变运行，当两个110kV变电站的主变、10kV母线并列运行时，10kV母线短路电流超标的情况比较严重，大于10kV开关额定遮断容量，危及10kV开关安全运行，降低了10kV用户供电可靠性。
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2.3 ZLB装置解决的问题
在220kV变电站110kV出线线路侧解口串入零损耗深度限流装置1套，零损耗深度限流装置投运后主要实现以下功能：
1）正常运行时，零损耗深度限流装置的快速断路器合闸，将限流电抗短接，装置阻抗为零，装置“零损耗，零压降”运行。
2）零损耗深度限流装置负荷侧（110kV 某1、某2变电站）发生10kV母线近区相间短路故障时，故障后20mS内零损耗深度限流装置的快速断路器分闸，投入限流电抗，装置由零阻抗切换为高阻抗，限制了短路故障电流，10kV断路器可以轻易开断限制后的短路电流，避免超标的短路电流造成断路器爆炸、扩大事故范围的情况出现。
3）当10kV近区相间短路故障切除后，零损耗深度限流装置的控制器监测到正常运行电流后，35mS之内快速断路器合闸，将限流电抗短接，装置由高阻抗切换为零阻抗，自动恢复正常运行。
3 零损耗深度限流装置应用的技术经济分析
1）加装零损耗深度限流装置之后，可以在短路故障发生瞬间将110kV变电站的10kV母线短路电流限制在开关开断容量范围内，10kV母线无需再采用短时停电方式转供电，采用并列运行方式转供电时也无需承担短路电流超标带来的设备风险，提高了系统的10kV用户供电可靠性。
2）对于短路阻抗偏低的变压器，在分列运行时短路电流也超标时，需要在变低侧加装限流电抗器限制短路电流，加装零损耗深度限流装置后，可以取消限流电抗器，解决了加装固定限流电抗器带来的系统压降、功率损耗和电能损失、电磁污染、系统动态稳定降低等问题。
3）系统加装零损耗深度限流装置后，可以避免常规普通限流电抗器长期运行给电网内带来的大量的无功损耗，节省相应的无功补偿设备的配置投资，同时提升了10kV母线电压质量，减少了AVC调节电压动作的次数，提升了设备运维水平。
4 零损耗深度限流装置风险评估分析
为避免在运行中出现快速开关拒动，导致限流电抗器未投运，造成变压器和断路器损坏的情况发生，从以下四个方面采取措施：
1）零损耗深度限流装置采用高性能储能式电容器，在外界交直流电源断电的情况下，驱动电源也能保持供电，确保系统正常运行。
2）快速开关采用三个分相控制器并联控制，能大大提高系统运行的可靠性。
3）快速开关采用高速涡流驱动机构，比普通断路器所使用的弹簧操作机构运动部件减少了80%，且采用简单的直线运动，没有复杂的传动机构，不会出现传统开关的挂钩或弹簧卡死情况，磨损极小，机械寿命及可靠性大大提高。
4）快速开关采用双可控硅触发控制信号，不会出现因继电器损坏而影响信号触发的情况，保证了装置运行的可靠性。
5 结论
零损耗深度限流装置是相对节能和经济有限的限流方案，大大减少系统扩建或联网运行所需要的费用。零损耗深度限流装置可替代高阻抗变压器、普通串联限流电抗器等高速开断装置，在新供电系统设计及企业系统改造时，有利于负荷侧断路器的开断电流进一步减少，降低造价。
短路发生时，零损耗深度限流装置快速投入限流电抗器，加大系统内抗，故障点切除后，深度限流电抗器退出，不影响整个系统的正常运行，联网运行使变压器的使用价值得到提高。多不允许瞬时间断供电须强行自启动的重要负载，可提高供电质量。线路短路时，零损耗深度限流装置快速投入电抗器，深限流电抗器的残压可完全满足维持重要负荷继续运行而不受影响。系统短路故障切除后，装置立即返回原工作状态。
参考文献：
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[3]万新新.零损耗深度限流装置的性能特点及应用分析[J].电力安全技术,2017,19(6):58-62.
论文作者:冯剑鸿
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：装置论文; 流电论文; 深度论文; 电流论文; 断路器论文; 阻抗论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第27期论文;