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    安徽民扬电力科技有限公司是专业从事电力、电气、电子技术及产品的研发、设计、生产、销售的高新技术企业,总部位于国家级合肥高新技术产业开发区。公司致力于中低压电力系统的过电压、高压开断技术的研究、生产、销售和服务,产品已形成产业化。

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AMY-ZLB零损耗深度限流装置

发布日期:2022-08-26
阅读:377
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AMY-ZLB零损耗深度限流装置


如图,当
d点发生三相短路故障时,流过断路器k的短路电流Id为变压器 T提供的短路电流ldT 、发电机G提供的短路电流ldG、 电机群提供的反馈电流If之和,即所有电源提供的短路电流和电动机的反馈电流总和 ,— 旦该值超过断路器 K的额定开断电流时, 称为短路电流超标。


 

 

 

短路电流超标示意图

 

电力系统针对短路电流超标的典型治理方案是:在电源的线路上串联限流电抗器来限制短路   电流, 如图中变压器线路中的 XkT和发电机线路中的XkG, 二者可分别或同时使用,—旦发生短路故障 ,可将超标的短路电流限制到断路器k的遮断电流以内。

因此,此种用法的限流电抗器应能长时通流,而且电抗率不宜过大。 

 

 

串联电抗器限流示意图

 

 

长时通流电抗器,流过工作电流,不仅产生有功损耗,其无功功率也侵占了电源系统视在功率中的有功部分,降低了电能的利用效率,并且其无功电流在电网上传输也会产生线路损耗,依据国标GB1 2497,—台l OkV-2.SkA/12%的电抗,按照70%的负荷率,年8000小时的综合损耗计算见下表。

电抗的损耗相当可观,于是,出现了爆炸桥并联限流电抗器的节能方案(见图),通过爆炸桥的旁路效果,可消除电抗器长期运行期间的损耗,实现节能。该方案的节能概念很快就被广大用户所接受。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

爆炸桥并联电抗器原理固

 

见图,爆炸桥是—种内置炸药的金属载流桥体与限流熔断器并联的组合电器。

其工作逻辑是,由桥体承载工作电流,当d点发生短路故障时,桥体迅速炸断,将短路电流换入与之并联的熔断器中,然后由熔断器完成短路电流向与之并联的限流电抗器中的转换,究其本质来说,爆炸桥是—种开断电流比较大的特种熔断器。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

爆炸桥原理图

 

 

实际使用证明,爆炸桥的旁路作用可以有效节能!消除了电抗器的无功电流在线路上的损耗,同时解放了电源的有功输出能力,提高了电能利用效率。

后来发现,爆炸桥一旦动作后,则必须尽快更换配件,否则电抗器又得继续耗能,而更换配件还需要支付昂贵的费用,节能省的钱还得花出去,如果多出现几次短路故障,反而要倒赔,出现了节能但并不省钱的尴尬现象。

 

 

爆炸桥这种“一次性”的使用特点并不符合用户省钱的需求,但节能又势在必行,因此,需要一种与爆炸桥相当的可反复使用的电抗器旁路设备来替代爆炸桥。

既然是可反复使用的,又得起到旁路作用的,从特征上来看,这种设备只能是断路器。首先,这种断路器必须分闸快,快到能在常规断路器灭弧室触头出现刚分之前就能完成电流转换;其次,要开断能力强,强到可以开断没有被电抗器限制的超标的短路电流。

 

快速断路器除了应满足常规断路器的所有要求外,还应具备以下重要指标:

a)机械固有分闸时间:<Sms

b)额定短路电流开断能力 : 40-BOkA

 

 

以快速断路器为主要元件,配合快速测控装置,形成一个可反复使用的“快速换流器”,与限流电抗器并联,组成—种可反复使用的开关式节能型限流装置。

 


如图所示, AMY-ZLB 系列零损耗深度限流装置(以下简称AMY-ZLB 装置)是由“换流器”与“限流电抗器”并联而成的智能型限流设备,再 经由Kl、K2点串接在供电线路中。

其中“换流器” 是以民扬公司制造的VSC系列“涡流驱动” 快速断路器为主要元件的并整合了短路电流快速判断的测控装置的组合 电器;“限流电抗器”正常运行时被换流器旁路处于退出状态,损耗为零,仅在短路故障时才投入,故障解除后再自动退出。

 

AMY-ZLB 控制系统包括中继控制器和三个分相控制器 ,其中中继控制器装在现场操作柜中,分相控制器分别内置在各相换流器内。

分相控制器独立控制各相换流器单元,中继控制器通过光纤与各分相控 制器联络,显示各相换流器状态信息并可维护定值,还可提供数据接口和信号节点与中控室计算机管理系统通信。

 

VSC处于合闸位,换流器承载线路工作电流,AMY-ZLB 呈零阻抗状态,表现为零损耗,无压降, 同时不会产生磁场污染。

 

当且仅当分相控制器通过罗克CT信号检出了超过AMY-ZLB启动定值的超标短路电流时,命令VSC及时分闸,AMY-ZLB 装置可在20ms内投入限流电抗器而呈现高阻抗状态,将短路电流限制在预期值以内,确保常规断路器可靠开断短路故障。

(a) 若分相控制器通过返回CT检出的电流小于返回定值时,说明短路故障已排除,命令VSC及时合闸,AMY-ZLB 装置可在20ms内旁路限流电抗器而呈零阻抗状态,系统即可恢复正常运行;

 

(b) 若分相控制器通过返回 CT检出的电流达不到返回定值时,说明系统没有排除短路故障,也即VSC—直处于分闸状态,达到2s时间,为自我保护,命令VSC合闸,此功能也作为AMY-ZLB误分之后的自愈保护。 

按照关于“VSC”涡流驱动“快速断路器”的内容。

  




换流器部分主要由VSC快速断路器和响应的测控元件组成, 测控元件包括:罗克CT、分相控制器和薄膜电容器等。

罗克CT,学名Ro gow ski线圈(洛氏线圈),是—个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈,输出的是电流对时间微分的电压信号,通过积分,就可以真实还原输入电流,通常安装在灭弧室的动触头侧,有以下特点:

 

由千罗克CT不含铁磁性材耜,无磁滞效应,相位误差几乎为零,也无磁饱和现象, 因而可测量大电流而不需要过大的体积; 与带铁芯的传统互感器相比 , 罗克CT具有测量范围宽,精度高,稳定可靠等优点,用在AMY-ZLB 装置上,可精确测量较大的短路电流。

 

罗克CT输出变比由外部电路和算法决定,因此罗克CT无需单独校准,而是与控制器联合校准。

分相控制器根据罗克CT的信号,通过特殊算法,对短路电流信号处理,可在2ms左右计算出短路电流的周期分量、非周期分量、短路初始角,并结合断路器的机械固有分闸时间做出适当的延时,控制断路器在短路电流过零时刻前分闸,实现大容量换流功能。

VSC系列“涡流驱动”快速断路器采用薄膜电容器储能,作为断路器的驱动能源,即使外部供电中断20分钟以上,断路器也可完成一次0 -C循环操作,规避了电源的稳定性对断路器动作的影响,同时,薄膜电容的自愈功能及温度不敏感性都提高了 VSC断路器操作能源的可靠性。

 

现场操控柜为安置于AMY-ZLB装置现场护栏外的就地操控箱柜,集成以下功能:提供换流器的工作电源、换流器的就地操控、换流器状态量显示、定值整定、与中控室后台的通信及大电流换流器的风冷系统等,起到对AMY-ZLB装置就地操控维护及远程通信数据中转的作用。

 

短路故障时,真空开关分闸,在电流过零前,电流以电弧形式维持。电流是否能被开断需要以下两个条件同时满足:第—、电流过零;第二、电流过零时刻,灭弧室绝缘水平恢复到电弧熄灭时的瞬态恢复电压(TRV)以上。其中灭弧室恢复的绝缘水平与以下因素有关:触头电流过零时刻的开距大小;灭弧室在电流过零前的燃烧量。瞬态恢复电压与系统参数和弧隙阻抗有关。

 

因此,要提高开断容量,必须控制电流过零前阶段的触头刚分时刻、刚分速度以及电流过零时刻的恢复电压。

 

 

瞬态恢复电压是大电流过零时触头弧隙间的振荡电压,存在时间仅几十微秒至毫秒,与工频恢复电压大小与频率、电路的阻尼值(如电感、电容和电阻的数值)以及它们的分布清况有关。

 

当断路器弧隙阻抗为无穷大时TRV最大,也即系统固有TRV; 当弧隙阻抗减小时, TRV也相应减小,因此,制造断路器时,人为减少断路器的弧隙阻抗 ,可在断路器开断时,降低弧隙的TRV。

 

减小真空灭弧室燃烧量可避免集聚形电弧的形成,有利于电流过零时绝缘水平的快速恢复,提高开断成功率

真空灭弧室的绝缘水平即触头间的绝缘水平,在触头开距小于10mm时,绝缘水平与触头开距呈正比。

 

在高真空度环境下,绝对平整两极之间,击穿电压达l01 V/ m m 数量级,在真空度、触头材料、触头表面形状、老练等诸多因素的影响下,触头的绝缘水平较理想值有所降低,一切只能依靠实验。

 

因此,提高触头的刚分速度,并且精确控制零前刚分时刻,可以保证电流过零时的触头开距,刚分速度越高,越有利千绝缘水平的恢复。

灭弧室老练,即通过电弧的灼烧,将出厂时灭弧室触头上的晶须烧平,提高触头的平整度,以便在实际应用中就已经具备优良的触头场强均匀度,保障对开断成功率。

 

因此,AMY-ZLB用VSC快速断路器,每台在出厂前都进行1:1模拟现场故障电流开断试验 ,—方面有验证设备指标的目的,另外就有老练的目的。

  


  

 


  


 

 



不会产生影响。AMY-ZLB装置的作用是,当且仅当系统出现了超标的短路电流时才会动作,而且—般将超标的短路电流限制到普通短路器的遮断电流的0.8倍,保障 故障线路断路器的可靠开断 ,因此,即使AMY-ZLB投入后,短路电流也足够大,不会影响到原系统继电保护定值的灵敏度。

 

AMY-ZLB当且仅当系统发生短路故障 时才动作, 尤其是两相短路故障时已经造成了不平衡工况,因此,此 时已经不考虑平衡问题,而是需要尽快结束这种故障现象,限流装置的投入不仅限制了故障电流,而且有利于断路器切除故障,只有好处,没有坏处。



AMY-ZLB可配合线路重合闸,但必须根据重合闸次数增加分合闸电源的数量 ,以便配合重合闸的时间间隔。尤其是电网用户,—般有重合闸需求,因此,在订货时,需要声明有无重合闸配合要求,且重合闸时间是多少。

 

 

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