限流电抗器在应用中存在问题及解决对策

2.1 当启动大容量电动机如给水泵时，6kv母线电压降低到80％左右影响其它电机及用户正常使用。曾经出现过两台给水泵同时启动时电抗器后备保护动作跳闸的事故，严重影响了系统的安全稳定运行。

2.2 当电抗器运行在额定电流70％左右时，电抗器线圈发热严重，出现绕组过热变色现象。

2.3 电抗器长期串联在系统中本身消耗巨大无功及有功，导致运行不经济

2.4 系统受到大扰动时电压波动大，给发电机电压调节造成困难，影响系统稳定

3 问题的解决对策

3.1 解决思路

为了解决这个问题，经过技术咨询和考察，发现利用国内一种大容量高速开关装置(简称FSR装置)可消除电抗器产生的影响。具体解决办法是将FSR装置并联在电抗器两端，如图2。

图 2

正常运行时， 高速开关装置（FSR）将电抗器短接，由于FSR阻抗约为0.1mΩ（其中直流电阻约20μΩ），而电抗器阻抗一般在0.15～0.9Ω（即150 mΩ～900 mΩ）之间，所以正常运行时电抗器被FSR短接而不起作用电流流经高速开关装置，当厂用6KV母线及以下出现短路故障时，高速开关快速熔断，将电抗器投入主回路中短路电流，而短路故障仍由故障处断路器开断。

3.2 FSR装置的工作原理

该装置主要由桥体FS、熔断器FU、非线性电阻FR及测控单元等组成，简称FSR。FS与FU阻抗相比为1∶2 000。因此正常运行时工作电流经FS流过。系统发生故障短路时，接到测控单元的分断命令后，FS在0.15 ms之内爆破断开，电流转移至FU。FS断开后全部短路电流转移到FU，使FU在0.5 ms内熔断，并产生足够的弧压。FU断开时产生的弧压使其导通，吸收FU开断后产生的电弧能量及电源注入的能量，使FU顺利熄弧，并把断开时的过电压在允许的2.5倍相电压范围内。检测电流和电流变化率，当电流幅值和电流变化率同时超过定值时，判断为短路发生，并采用3个相同的工作的测控部件，以“三取二”动作方式做出判断，向FS发出分断信号。如图3

 图3

桥体FS：因FS电阻为uΩ级，而熔断器FU电阻为mΩ级，故正常时工作电流经桥体流过，短路时接到测控单元的分断命令后，在0.15ms之内爆破断开，电流转移到熔断器FU。

熔断器FU：FS断开后，全部短路电流转移到熔断器，在0.5ms以内熔断器熔断，并产生足够的弧压。

非线性电阻FR：熔断器熔断时产生的弧压使其导通，吸收电感中存在的磁能及电源注入的能量，使熔断器顺利熄弧，同时把开断时的过电压在2.5倍的额定相电压之内。

测控单元：检测电流和电流变化率，当电流幅值和电流变化率同时超过整定值时，判断为短路发生，采用三个相同的工作的CPU部件，以“三取二”表决方式判断，向桥体发出分断命令。

3.3 FSR装置的特点

3.3.1载流量大：目前国内真空断路器额定电流只能做到4kA，而FSR装置最大额定电流可做到12kA，完全可满足目前电力系统的需要。

3.3.2开断速度快：短路电流在1ms以内被截流，3ms之内衰减为零，故障被完全切除。与传统的断路器继电保护方式相比，短路故障切除速度提高20倍以上。

3.3.3开断过程中无危害性过电压：氧化锌良好的非线性特性，可将开断过电压在2.5倍的额定相电压以内。

3.3.4开断容量可以足够大：目前可做到240kA，足以满足一般情况下切断短路电流的需要。

3.3.5灵敏度更高：故障时电流变化率增加明显，该装置引入了电流变化率作判据，灵敏度更高。

3.4 FSR装置动作电流整定原则

3.4.1当初在6kV母线进线处设计限流电抗器，其目的是降低6kV系统三相短路电流。发生三相短路故障时，电抗器应可靠投入，从而要求FSR装置在短路电流上升的初始阶段应可靠断开，故FSR动作值应取90％的三相短路电流值。

3.4.2其它负荷正常运行时，应躲过最大配电变压器空载合闸电流，并取1.3倍的可靠系数。

3.4.3其它负荷正常运行时，应躲过最大电动机的启动电流，也取1.3倍的可靠系数。

综合以上三种情况，选择最大电流做为FSR装置的动作电流

3.5 应用实践

我厂4＃机组采用电抗器与FSR装置并联运行方案后，解决了电抗器产生的影响。

3.5.1由于正常运行时，电抗器被短接无电流流过，解决了运行中发热严重的问题，系统受到大扰动时电压波动大，发电机电压调节也十分方便。

3.5.2消除了电抗器产生的电压降，提高了电压质量。

3.5.4消除了电抗器产生的电能损耗,节能效果显著,年节约电费12.4万元。

通过查阅电抗器手册中电抗器额定容量、功率损耗等参数，以及我厂4＃机组运行实际。电抗器年功率损耗计算如下：

A=3×⊿A×T=3×β2× (⊿P+⊿Q)×T

（⊿P＝PK=12.196KW ⊿Q=0.02Se  β=I /Ie Ie =2000A运行电流I=1240A）

A=3×⊿A×T=3×β2×(⊿P+0.02Se)×T＝3×0.622× (12.196+0.02×924)×24×365＝10102.032×30.676＝3098.9336

每度电按0.4元计算，电抗器年损耗：

0.4×A =0.4×30.98=12.3955万元/年

4 结束语

综上所述，采用高速开关装置与电抗器并联是一种经济实用的限流方案。不但解决了高压断路器选择的经济性，而且从根本上避免了正常运行中串入电抗器带来的电压降、电能损耗和漏磁场等问题，提高了厂用电系统的功率因数、电能质量，有利于系统的安全节能运行，是值得推广的一种经济运行方式。

参考文献：

[1] 王川、李延军. 用于大型同步发电机出口及厂用变分支大容量快速开断装置[J] 2002，(1-2),92-98

[2] 方大千 电工计算手册（增订版） 山东科学技术出版社 1993.06

[3]