52白山电厂现场试验

而对于厂用电率为1％左右的水电厂厂用
电分支或发电机励磁变分支，则短路电 流为厂用变或励磁变额定电流的1100～ 1700倍，冲击电流达2800～4500倍。 厂用变、励磁变受到这样大的短路电流 的冲击，必然会发生爆炸。只有FUR及 FSR才能开断，采用了FUR及FSR后， 实际冲击电流却远没有达到预期短路冲 击电流，发电机、变压器、厂用变或励 磁变得到了快速有效的保护。
试验工况二：（试验波形见下图）励磁电流为932A,阳极 电压为1000V。灭磁电阻灭磁时开关弧压只有200V，开关 跳开时只听到轻微声响,后检察开关触头未发现烧损现象。 U1:转子电压 U0:励磁电压 I1:灭磁电流 I2:励磁电流
5.3
结论
随着交流电压灭磁理论的提出、论证，以 及经过实验室、现场的试验，验证了交流电压 灭磁技术理论的可行性；证明在大型同步发电 机自并励系统中运用交流电压灭磁技术，各种 工况下都可以使非线性灭磁电阻可靠灭磁；交 流电压灭磁解决了大型同步发电机自并励系统 灭磁的技术难题；同时利用交流电压灭磁技术 可以降低开关的技术要求，减少开关的造价。
时 间 为 30 ～ 40ms, 断 路器固有分闸时间为40～80ms，燃弧 时间要10～20ms, 故障切除时间长达 80～140ms。 内达到冲击电流最大值。早在断路器开 断之前，系统的设备就已经受到了3～4 次大电流的冲击。
对于50HZ的电网，短路后5～10ms之
发电机出口短路时，短路电流达6～7Ie，冲击
4)由于FU的快速性，使故障切除时间大大缩短， 更能有效地保护主机和主变压器。大量的研究 结果表明，只有在20ms之内切除故障，才能避 免变压器的损坏事故。
5) FR限制了FU的过电压，使操作过电压小于2.5 倍相电压。FR吸收了FU开断过程中主机、主变 及线路磁场能量和开断过程中电源提供的能量。 使FU开断时的电弧能量降低至允许值以下，从 而使开断容量及可靠性大大提高。
2大容量快速开断装臵的应用 1） 大型发电机出口、厂用变分支或励磁变分
支能得到快速有效保护。下列图中所示装 臵为FSR，具体采用何种装臵视额定电流而定。 额定电流小于500A的场合可使用FUR装臵。 2） 如图六所示，发电机出口短路时，一般由 系统提供的短路电流比发电机提供的短路 电流大。起始瞬间短路电流周期分量为6～7Ie， 冲击电流可达15～18 Ie。例如300MW机组， IK=73.7～84.7KAIimp=198～227.6KA
5.2:白山电厂现场试验
2000年5月15日,由东北电管局、白山电
厂、葛洲坝电厂、凯立公司等单位参加, 在白山电厂300MW2＃机组进行了交流电 压灭磁现场试验。 试验工况一（试验波形图见下图）：励 磁电流为200A,阳极电压为247V。灭磁电 阻灭磁时开关弧压为1173V。
图4U1:转子电压 U0:励磁电压 I1:灭磁电流 I2:励磁电流
2）系统永远达不到预期的冲击电流，设备的动稳定和
热稳定的余度不必设计得过大，可节省大量资金。 截流值Ip仅为预期短路冲击电流的1/7 ～1/6左右， 系统承受的电动力大大减少。所通过的I2t比断路器开断 方式减少了至少500倍，可达上千倍。 3）开断过程中无危害性过电压；氧化锌良好的非线性 特性，可将开断过电压限制在2.5倍的额定相电压以内 。 4）开断容量可以足够大。目前可以做到240KA，一般 只需要160kA。只需要配臵相应的非线性电阻来吸收磁 能，开断容量就可以做得足够大。此外由于本装臵引入 电流变化率做判据，灵敏度更高。设计上采用三个相同 的独立工作的测控部件，以“2/3表决方式”判断故障 的发生，可靠性更高。
高压限流熔断器组合保护装臵由安徽凯立科技
股份有限公司研制，额定电流能做到400A， 开断电流高达160KA。该装臵于1997年11月 获得国家专利证书，在发电机励磁变，厂用电 分支获得大量应用。 诸如：葛洲坝电厂、吉林白山电厂、四川宝珠 寺电厂、贵州东风电厂、乌江渡电厂、黄河万 家寨电厂、江西万安电厂、新安江电厂、山西 神头火电厂等近300多家大中型电厂。
a．正常运行时在电抗器上产生电压降，而这
个电压降随负荷变化，给调节供电电压质量造 成困难； b．较大电动机启动时，电抗器上的电压降会 加剧，将影响其它负荷的运行； c．电抗器长期串联在供电系统中，将产生巨 大的电能损耗； d．电抗器强大的漏磁场，将使周围的金属构 架、钢筋混凝土产生附加热损耗和振动，影响 运行寿命。 将FSR与电抗器并联后，可解决上述问
如图七所示，厂用变压器或发电机励磁
变高压端部附近短路时，短路电流是由 发电机和系统提供。对于火电厂（厂用 电率约为10％），短路电流为厂用变压 器额定电流的110～170倍。300MW机 组IK=128.7～194.7KA，冲击电流高达 345.8 ～ 523.2KA ， 是 额 定 电 流 的 304.9～439.3倍。


目前，在系统中并网运行的200MW及以上 大型机组已经很多，600MW及以上机组也已 投产多年，这些大型机组发生出口短路时，电 流超过80KA，厂用变或励磁变分支短路时， 电流将超过100KA，发电机出口或厂用分支无 法选到合适的断路器，人们不得不耗费很多资 金把发电机至变压器之间设计成封闭母线，还 有的厂用变压器、励磁变压器由三个单相变压 器组成，意在尽量避免出口短路，但是当发电 机出口发生间歇性弧光接地时，非故障相避雷 器动作或绝缘薄弱环节击穿等等，都会导致发 电机出口相间短路的发生，后果不堪设想。
如在图八和图九所示的系统中,用FSR取代并列
运行的联络断路器,则上述麻烦都可避免,且可 保留并列运行带来的好处。
4）FSR装臵与电抗器并联是最经济有效的 限流方案。
有些发电厂的机端母线上接有容量不大
的厂用电负荷或直配线路(如图十、图十 一),还有些变电所接有负荷不大的供电线 路或所用电负荷。按照系统的实际短路 电流来选择这些负荷断路器,往往很不经 济,为此需要采用电抗器限制短路电流。 但串入电抗器后,却存在如下问题：
6.2、大容量高速开关装置

大容量快速开断装臵具有额定电流 大（12KA）、断流能力强（240KA）， 开断速度快（3ms以内切除故障）等特 点。对于传统的断路器保护方式来说， 大容量快速开断装臵在开断技术上是一 个重大突破。
1传统的断路器保护方式存在的问题：
（1） 开断的时间长、冲击电流大；
如图一所示短路故障后，继电保护动作
由于FU的限流性和快速性，采用了FUR后原系统 将具有如下的优越性：
1)由于 FU 的快速性和限流性是由物理特性所决定， 而无机械拒动作的可能，所以可靠性高。 2)由于FU的限流性，主机、主变及真空断路器不再 受峰值电流冲击，延长了使用寿命，大大提高了 系统设备在动、热稳定方面的安全裕度。 3）励磁变高压侧加装FUR装置不但在励磁变内部匝 间短路、励磁变高压侧短路时能快速有效保护。 同时当功率柜内部出现短路、励磁变低压交流侧 短路时也能快速有效保护。
大容量快速开断装臵主要由桥体FS、熔断器FU、 非线性电阻FR及测控单元等组成，简称FSR 。
测控单元定期检测电流和电流变化率，短路时向
桥体发出分断命令。 正常时的工作电流经桥体流过，接到测控单元的 分断命令后，桥体在0.15ms之内断开，电流转 移到熔断器。经0.5ms熔断器熔断，产生的弧压 使非线性电阻导通。 非线性电阻导通后吸收磁能，并把过电压限制在 允许的2.5倍相电压之内。额定电流大（可做到 12KA），开断能力强（240KA），截流时间短。 与传统的断路器开断方式相比具有以下显著特点： 1） 速动性提高20倍以上。短路电流在1ms以 内被截流，3ms之内衰减到零，故障被完全切除。 传统的断路器保护方式最快也要75ms，至少为 FSR的25倍。
题，并保留电抗器的限制短路电流的功 能。
3 结论
（1） 氧化锌非线性电阻与熔断器并联，可使开断能
力大大提高，是开断技术的一个重大突破。 （2） 大容量快速开断装臵额定电流大，开断能力强， 截流小，速度快，是发电机出口、厂用变、励磁变分 支等短路容量较大的场所的快速有效的保护装臵。对 于短路容量不同的场所，应用FUR和FSR后，可使系 统免受冲击，对设备的动稳定性和热稳定性要求大大 降低，从而节省大量资金。 （3）采用FSR与电抗器串联的限流方案，可提高供电 可靠性，并可带来巨大的经济效益。如果考虑与FSR 并联后，电抗器可只按短时冲击电流设计，从而电抗 器造价大大降低。 这两种装臵目前已在冶金、煤炭、石化及供电企业得 到了广泛的推广和应用。

FUR高压限流熔断器组合保护装置 和FSR大容量快速开断装置是由安徽凯 立公司研制的专利技术，它具有断流能 力强，开断速度快等特点,是发电机出口 厂用变、励磁变分支回路等短路容量较 大的场所的快速有效的保护装置。
6.1、高压限流熔断器组合装置作为励磁系统的 短路保护，主接线示意图如下：
励磁变或厂高变高压侧发生短路时的短路电流波 形示意图
电流高达15-18 Ie。火电厂厂用变分支短路 （厂用电率10％）时，短路电流达110-170Ie， 冲 击 电 流 高 达 280 ～ 450Ie ， 水 电 厂 厂 用 变 （厂用电率1％）或励磁变分支短路时，短路 电流达1100～1700Ie，冲击电流高达2800～ 4500Ie。 （２）由于冲击大，时间长，使得在系统设计 时，就要对发电机、变压器、互感器、母线、 绝缘子、金属构架等设备在动稳定性和热稳定 性方面要考虑留用足够的余度，这就必然要增 加很多投资。 （ ３ ） 断 路 器 开 断 能 力 不 足 （ 63KA ， 最 大 80KA）发电机、厂用电分支无保护。
3）采用FSR装臵可大大减少了系统扩建
或联网运行所需的投资。无论系统扩建 或联网运行，都涉及到图八所示变压器 的并列运行。它可以带来如下好处: a. 提高了供电可靠性； b. 减少了正常运行和大型电动机启动时 的电压降； c. 图八有利于根据负荷情况决定所投入 的并列变压器运行的台数以便实现经济 运行。如图九所示，新投入的发电机与 原有电网的并列运行与上述情况类似。