浅析大容量高速开关并联限流电抗器的安全与节能

浅析大容量高速开关并联限流电抗器的安全与节能

姬银

（中电建宁夏工程有限公司宁夏回族自治区银川市750001）

摘要：随着高新技术的发展，大容量开关在日常生活中的应用逐渐突出，尤其是在各大企业与单位中的使用频率大大增加，并且将大容量高速开关与限流电抗器进行并联运转，有效提升了电压质量，在很大程度上减少了电抗器承载负荷运转时的能源损耗。本文着重介绍了大容量高速开关的运行原理和运转特点，探究讨论了高速开关与限流电抗器并联使用过程中的安全性与节能性。

关键词：大容量高速开关；电抗器；安全节能；限流

电抗器在正常运行时，所承载的负荷较大，难以通过自身调节而降低电压偏移，因此利用限流电抗器的电感性以及大容量高速开关的快速性，当电路发生短路时，两者进行工作，开关装置对短路电流的切断效率极快，从而使负荷侧短路器所隐藏量在规划预想范围之内，又通过限流电抗器的的作用，降低了电路系统的阻挡，并且限定了故障电流，提高了电压质量，降低了短路电流对整个设计的破坏，能够有效提升电力设备的运行效益。

一、存在的问题

某热电厂全程负责签约企业生产的供电系统，该热电厂主要以6KV系统主母线为主，采用电网并联，其中发电机主要由电抗器母线1段K13和母线2段K23发起供电。该系统主要存在的问题和漏洞如下：

（一）为了能够达到对短路电流的有效控制，其中3段母线与两台1500A、8%电抗器相间串联，当电路系统产生运转时，这两台电抗器会产生相应的电压降，为了使前两段母线电压能够保持稳定，就必须加大发电机的输出电压，而此种情况所引发的后果就是使发电机的绝缘性和系统母线的安全性受到不利的影响，从而降低了系统供电质量。

（二）在供电系统中，负荷的承载是影响电抗器高效工作的重要因素之一。一旦负荷变化较之明显，那么电抗器产生的电压降也会随之改变，在一定程度上不利于系统电压水平的提高。并且，如果厂内承受负荷中较大容量的用电机械设备进行工作时，电抗器的电压降会立马增强，严重影响厂内其他负荷装置的运行效率[1]。

（三）如果同一个电抗器经过长时间的高度运转，其中内部能量的消耗和电压质量是难以预判的。并且电抗器长时间的漏磁场会对建筑钢筋混凝土产生一定的影响，还会对通信产生干扰。钢筋混凝土在漏磁场强大的作用下产生老化损耗，时间一长就会造成钢筋混凝土的松软潮湿，严重影响混凝土和厂房建筑的使用寿命，还在一定程度上形成了安全隐患，对企业造成的损失是无法估量的。在通信方面，漏磁场会严重影响到信号以及计算机正常运行设备，还会对监控造成一定的干扰。

（四）在长时间的运转中，系统内的漏磁场会加快电抗器内部的产热，众所周知，当电抗器自身产热之后会持续振动，从而降低电抗器以及其他装置的使用寿命，还可能会对通信控制设备造成一定的干扰，不利于整个电路装置的运行[2]。

二、解决策略

通过对以上问题的分析整理，可以采用以下解决方法：

先将之前的K13和K23两台电抗器通过大容量开关进行并联，当电抗器正常工作时，其产生的电流就会全部通过FSR（大容量高速开关装置）。就通过一次接线，就可以使上述问题得到更好的解决。

三、大容量高速开关的装置原理

熔断器FU与FS作为桥体的阻抗相比为2000比1，因此，系统正常工作时产生的电流就会通过FS。当系统发生短路故障，接收到测控单元的分断命令，FS就会在离此刻不到0.15毫秒的时间内自行爆破并断开，当FS断开之后，电流就会全部转流到FU内，从而使FU在0.5毫秒之内断开，并产生一定的电弧压力。弧压产生后，就会由之前的截断转向为导通，并且吸收FU断开后产生的能量以及电源给予的能量，从而减轻FU的弧压，最后帮助FU顺利熄灭电弧压力，把断开时的过电压控制在允许的2.5倍相电压范围以内。FU在一定时间内将截止的电流熔断，产生的电弧压力就促使电流进入高能氧化锌当中并发生大衰减，那么此刻的短路电流就只有预期短路电流最大值的五分之一到十分之一[3]。检测电流和电流的变化率，如果电流幅值超过规定幅值，同时电流变化率也超过了固定值，那么就可以判断为电路短路。此时采用

个相同的测控部件，并保证其独立工作，以“3取2”的方式进行判定，当不符合上述幅值条件，就会向FS发出断开信号。

四、大容量高速开关与限流电抗器并联的特点

大容量高速开关的特性之一就是限流，正式因为如此，就减少了短路电流对电力设备的冲击影响，有效加长了发电机等主要设备的使用年限，并且提高了整个系统在动热稳定方面的安全呢裕度；大容量告诉开关的快速性也使得切断短路电流的实践大大缩短，以致于在

3毫秒之内就截断了故障电流，这样一来，更能在极短时间内保护电力系统。因为在大量的实验研究结果中现实，切断短路电流的实践只有控制在毫秒之内，才能够有效避免发电机和主要变压器的损坏；大容量高速开关使开断过程中产生的过电压保持在了所限定的范围内；对较小的电路故障，就可以直接通过与大容量高速开关串联的断路器来进项开断，当遇到较大的短路电流时，大容量高速开关会立即工作，与此同时，断路器也会立刻运行，但是因为断路器的工作时间比较长，大概在大容量开关开断截止住短路电流80毫秒之后才开始运转，这时短路电流已经全部由大容量高速开关截断，断路器中没有任何电流通过，这就有效结合了两个系统的工作特点，提升了断路器的使用寿命[4]。

额定电流2000安，电抗率为百分之八的电抗器在运行时有功损耗为9千瓦，在设定每年运转时间为8000小时的情况下，电费以1千瓦时0.4元计算，那么每年每台电抗器的有功损耗为8000x9x3x0.4=86400元，就相当于说如果能够减少一台电抗器的电能损耗，每年每台电抗器就可以获得经济效益86400元。

当大容量高速开关与电抗器并联，两者结合同时正常运转，如果发生电路故障，短路电流将会全部通过大容量高速开关，这就在根源上阻止了电抗器的额外振动，减少了一定的电能损耗，在很大程度上提升了电压质量。如果遇到系统短路，大容量高速开关将会进行分断工作，因为此过程速度非常迅速，短路电流在最初阶段就会被截断，这大大降低了故障电流的冲击力，保障了电力系统的操作稳定性。

五、安全与节能

该热电厂通过一定的实验和探索，对K13和K23电抗器运用了上述并联大容量高速开关的方法，取得了非常明显的效果。最初两台电抗器在工作时，工作室内温度达到45摄氏度，而电抗器的温度最大值可以达到96摄氏度，因此就必须采取降温措施，然而当采取与大容量高速开关并联的方式后，不用人为采取降温，电抗器自身温度就可以直接与室温相比较，这也有效证明了当电抗器与大容量高速开关并联时，其系统工作的电流全部流过FS，降低电抗器本体温度的同时，也降低了系统意外事故发生的频率。

当电抗器本体产生故障时，就会产生一定的电压降，而导致系统母线的损坏。如果3段母线的电压相较于一、二段电压更高，那么并联大容量高速开关和电抗器就会降低发电机的出口电压，一旦出口电压被降低，那么就说明发电机的使用寿命也随之延长了。

六、结束语

并联大容量高速开关和电抗器，在系统运行中可以高效利用大容量高速开关的快速性和限流性，大大降低了短路电流对发电机、主变器的冲击与破坏，有效延长了各项设备的使用期限，与此同时，也在电能损耗、电压波动方面起到了一定的限制作用。总之，两者的并联在安全与节能方面发挥的效果显著，保持了发电机的稳定运行，十分值得推广和应用。

参考文献

[1]任辉,王永韬.大容量高速开关与限流电抗器并联运行的研究与应用[J].中国外资,2014(3):283-283.

[2]黄建林.电力工程大容量高速开关与限流电抗器并联运行应用研究[J].低碳世界,2015(36):22-24.

[3]李明和.大容量高速开关在电网中节能应用[J].涟钢科技与管理,2013(6):12-15.

[4]于征.论大容量高速开关与电抗器的匹配使用[J].企业技术开发月刊,2011,30(3):128-128.