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深度限流装置的保护电路设计

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摘要:零损耗深度限流装置(ZLB)是为了满足电力系统对短路保护的一种新型短路限流保护装置,但装置中的深度限流电抗器因自身特性限制而只能短时带电运行,否则将会烧毁。针对深度限流电抗器可能烧损的缺陷设计了一种保护电路,通过将装置的动作信号接入断路器分、合闸回路中,控制电抗器带电运行时间,确保深度限流电抗器的安全运行。

关键词:深度限流;电抗器;控制单元;主控单元;中间继电器;断路器

1引言

零损耗深度限流装置(ZLB)是为了满足电力系统对短路保护的一种新型短路限流保护装置,它可在短路电流的初始阶段,通过高速涡流驱动开关快速分闸投入深度限流电抗器,即将短路电流限制在可靠的范围内,从而达到了保护发配电设备及供电线路的目的[1]。因此,装置中的深度限流电抗器一般按短时(5s内)带电运行方式进行选型,较普通限流电抗器承载时间短、体积小,具有占地空间小、节约投资成本等特点;但也存在装置中的高速涡流驱动开关因种种原因不能正常分、合闸,导致深度限流电抗器长时间带电运行而烧毁的缺陷。

2深度限流原理零损耗

深度限流装置(ZLB)结构如图1所示。装置通过罗氏线圈监视电力系统电流,当短路电流大于设定的幅值,主控单元KC内的高速处理运算器DCP通过专用算法快速精确的预测出三相电流过零点的精确时间,分别在每相电流过零之前发出信号。装置中的高速涡流驱动开关KZ为三相独立动作,利用对触头刚分时间的合理控制,确保在电流接近过零点时三相分别准确分闸开断,短路电流换流进入深度限流电抗器ZR中限制短路电流,短路电流幅值大大降低[2]。主控单元KC向监控后台发出动作指示信号。装置可在7~15ms内可将短路电流限制在原幅值50%以下,使系统所受到的短路冲击大大降低,保护系统内变压器、发电机等电气设备,同时提高了短路点负载真空断路器使用寿命,保证了系统的安全运行[3]。短路故障切除后,主控单元KC自动检测母线电压回升,立即给高速涡流驱动开关KZ发出合闸命令,深限流电抗器ZR退出,系统即可恢复正常运行。

3保护电路设计

经上述分析,深度限流电抗器必须具备:系统无短路故障发生时,电抗器阻抗最小——零损耗;系统发生短路故障时,电抗器阻抗很大——深度限流[4];系统短路故障切除后,立即返回原工作状态。生产厂家在设备选型时,为了降低生产成本及减少投资都会选择短时(5s内)带电运行型的深度限流电抗器,也由此带来电抗器可能长时间带电运行的隐患。因此,为消除这一隐患设计出一种零损耗深度限流装置的保护电路。保护电路由直流220V工作电源、高速涡流驱动开关的控制单元、光纤、零损耗深度限流装置的主控单元、主控单元的分闸出口常开接点、主控单元的合闸出口常开接点、中间继电器及其扩展常开接点、转换开关、综保装置、断路器及其分合闸线圈等组成。深度限流电抗器正常运行时,无电流通过,供电线路发生短路故障时,零损耗深度限流装置的高速涡流驱动开关快速分闸投入深度限流电抗器[5],高速涡流驱动开关的控制单元GA、GB、GC(三相独立)通过光纤将开关动作及相关信号传送至零损耗深度限流装置的主控单元KC,200ms内短路故障未切除时,主控单元KC通过其分闸出口发出连跳断路器ZN分闸命令,主控单元KC的分闸出口常开接点A7、A8闭合接通断路器ZN的分闸回路,经断路器ZN的常开辅助接点DL接通分闸线圈TQ,断路器分闸从而切除故障线路。断路器ZN送电时,零损耗深度限流装置的高速涡流驱动开关在合闸状态,高速涡流驱动开关的控制单元GA、GB、GC(三相独立)通过光纤将开关动作及相关信号传送至零损耗深度限流装置主控单元KC,中间继电器KA经主控单元KC的合闸出口常开接点A1、A2闭合通电动作,中间继电器KA的常开接点闭合接通断路器的控制回路,通过切换转换开关1QK经断路器的常闭辅助接点DL接通合闸线圈HQ进行手动合闸,或通过综保装置经断路器的常闭辅助接点接通合闸线圈进行遥控合闸。保护电路的特征是:利用零损耗深度限流装置控制回路的扩展电气接点接入断路器的控制回路中,形成电气闭锁。如果高速涡流驱动开关因零损耗深度限流装置自身原因不能正常合闸,中间继电器KA的常开接点处于常开状态,断路器的合闸回路不通将无法合闸送电。只有待装置修复好,中间继电器KA的常开接点闭合接通断路器的控制回路,断路器才能正常分、合闸,从而确保深度限流电抗器不长时间带电运行。

4结语

零损耗深度限流装置属于国内新型产品,有很好的节能作用[6]。但是任何事物都有两面性,如果该装置不能可靠投入,其结果就是事故;如果该装置投入后不能在5s内可靠断开,其结果就是该装置的电抗器烧毁和主回路断相。因此,只有不断完善控制回路和制定零损耗深度限流装置的运行规程,才能保证零损耗深度限流装置在完好状态下可靠运行。

参考文献:

[1]宫志坚.零损耗深度限流装置在厂用电系统中的应用[J].泰州职业技术学院学报,2016(2):53-56.

[2]黄永宁,艾绍贵,李艳军,等.快速真空断路器在限流技术中的应用[J].宁夏电力,2014(6):18-23.

[3]艾绍贵,高峰,黄永宁,等.330kV开关型零损耗故障限流装置的研制及人工短路试验[J].智能电网,2015(4):354-359.

[4]王杰.主变低压侧加装限流电抗器的方案研究[J].冶金动力,2017(3):38-40.

[5]高彩亮.零损深度限流装置在220kV变电站的应用[J].科技广场,2015(8):78-82.

[6]张亚麟.深度限流装置在电力工程设计中的应用[J].科技与创新,2016(8):147-148.

作者:高兴辉 单位:江西铜业集团公司

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