談開關消除電抗器中串聯電抗器的漏磁通 摘 要：利用大容量高速開關裝置，在正常運行時將串聯電抗器短接，消除電抗器漏磁通對其周圍的金屬產生的渦流發熱；在發生短路情況下該裝置快速斷開，重新將電抗器投入，限制短路電流。
關鍵詞：漏磁通；電抗器；串聯電抗器；短路電流；渦流發熱；
一、前言
眾所周知，電力系統中，串聯電抗器主要作用是當供電系統發生短路故障時，利用其電感特性，限制系統短路電流。這樣可以降低短路電流對系統的沖擊，同時降低斷路器的額定開斷容量，節省投資費用；但使用串聯電抗器后，會發生很強的漏磁通，對周圍供電設備、建筑物以及通訊設施都會產生較大的影響，甚至造成設備異常。如何消除和屏蔽串聯電抗器產生的漏磁通，已經成為電力系統正常運行中所面臨的一個非常重要的問題。
二、電抗器中串聯電抗器漏磁通問題的分析與提出
110變電站是我廠的總降壓變電所，ll0kV系統為雙回路供電，采用內橋接線，50MVA的主變壓器(110kV/6.3kV)兩臺，在每臺變壓器的6kV側，串有兩臺電抗器分別給兩段6kV母線供電，6kV系統采用單母線四分段開環式接線，該變電站供電系統主接線圖見圖1。
在該變電站投運交接驗收過程中，發現當每段6kV進線斷路器負荷達到其額定容量的70％時，進線柜背板和側板出現溫度升高的現象，當環境溫度為25℃時，溫升△T達到35K，超出了國家溫升標準30K的要求范圍。此外，電抗器與進線柜之間的圍欄的連接鋁板發熱也比較厲害，將鋁板拆掉，用導線連接后，測量電流可達68A以上。對現場的磁場強度進行測試，發現磁場強度比較大，超出了正常水平。經綜合分析，認為主要是由于串聯電抗器的漏磁通過大，而電抗器與進線柜距離較近(電抗器和6kV開關柜安裝在同一配電室內)，在進線柜背板和側板上形成渦流，致使6kV進線柜發熱。由于110變電站已經建成投運，電抗器安裝位置也無法調整，所以消除串聯電抗器的漏磁通成為解決6kY進線柜發熱問題的關鍵。
三、電抗器中串聯電抗器漏磁通問題的解決
1. 解決思路
為了解決這個問題，經過技術咨詢和考察，發現利用國內一種大容量高速開關裝置(簡稱FSR裝置)可消除串聯電抗器的漏磁通影響。具體解決辦法是將FSR裝置并聯在電抗器兩端，如圖2。
正常運行時，串聯電抗器被FSR短接，進線負荷電流基本上全部從FSR裝置中流過，使串聯電抗器不流過電流，從而可消除電抗器漏磁通的產生，進而徹底解決進線柜發熱的問題。6kV系統發生短路時，FSR裝置快速分斷，將串聯電抗器投入主回路中限制短路電流，而短路故障仍由故障處斷路器開斷。
2.FSR裝置的工作原理
該裝置主要由橋體FS、熔斷器FU、非線性電阻FR及測控單元等組成，簡稱FSR，如圖3。
(1)橋體FS：因FS電阻為uΩ級，而熔斷器FU電阻為mΩ級，故正常時工作電流經橋體流過，短路時接到測控單元的分斷命令后，在0.15ms之內爆破斷開，電流轉移到熔斷器FU。
(2)熔斷器FU：FS斷開后，全部短路電流轉移到熔斷器，在0.5ms以內熔斷器熔斷，并產生足夠的弧壓。
(3)非線性電阻FR：熔斷器熔斷時產生的弧壓使其導通，吸收電感中存在的磁能及電源注入的能量，使熔斷器順利熄弧，同時把開斷時的過電壓限制在2.5倍的額定相電壓之內。
(4)測控單元：檢測電流和電流變化率，當電流幅值和電流變化率同時超過整定值時，判斷為短路發生，采用三個相同的獨立工作的CPU部件，以“三取二”表決方式判斷，向橋體發出分斷命令。
3. FSR裝置的特點
(1)載流量大：目前國內真空斷路器額定電流只能做到4kA，而FSR裝置最大額定電流可做到12kA，完全可滿足目前電力系統的需要。
(2)開斷速度快：短路電流在1ms以內被截流，3ms之內衰減為零，故障被完全切除。與傳統的斷路器繼電保護方式相比，短路故障切除速度提高20倍以上。
(3)開斷過程中無危害性過電壓：氧化鋅良好的非線性特性，可將開斷過電壓限制在2.5倍的額定相電壓以內。
(4)開斷容量可以足夠大：目前可做到240kA，足以滿足一般情況下切斷短路電流的需要。
(5)靈敏度更高：故障時電流變化率增加明顯，該裝置引入了電流變化率作判據，靈敏度更高。
4.FSR裝置動作電流整定原則
(1)當初在6kV母線進線處設計串聯電抗器，其目的是降低6kV系統三相短路電流。發生三相短路故障時，電抗器應可靠投入，從而要求FSR裝置在短路電流上升的初始階段應可靠斷開，故FSR動作值應取90％的三相短路電流值。
(2)其它負荷正常運行時，應躲過最大配電變壓器空載合閘電流，并取1.3倍的可靠系數。
(3)其它負荷正常運行時，應躲過最大電動機的啟動電流，也取1.3倍的可靠系數。
綜合以上三種情況，選擇最大電流做為FSR裝置的動作電流
5.應用實踐
2013年5月17日，我廠110變電站分散安裝的12臺FSR裝置全部送電成功，消除串聯電抗器漏磁通產生的問題比較明顯。2013年6月19日，我廠6kV系統發生了電纜短路故障，1#電抗器并聯的FSR裝置準確動作，并將1#電抗器安全可靠地串入主回路中,保證了該變電站供電系統正常運行。
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四、結束語
采用FSR裝置與限流電抗器并聯的先進技術方案后，不但解決了串聯電抗器為了限制系統短路電流而帶來的電能損耗、系統電壓波動加劇、強大的漏磁場對變電站內的金屬構件產生的渦流發熱、影響混凝土基礎和廠房壽命、使通訊系統及計算機監控系統受到嚴重干擾以及對人身心健康造成很大危害等一系列突出問題，而且還保留了串聯電抗器限制短路電流的功能。 |
