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TWD-IS大容量快速限流裝置

一、概 述

眾所周知,電力系統發生短路故障時,短路電流一般為額定電流的十幾倍,有時達到幾十倍,短路沖擊電流甚至超過百倍,短路電流的最大峰值往往出現在第一個周波內,而且非周期分量很大,通常幾個周波內不過零。強大的短路電流產生的電動力給發電機、變壓器、斷路器、輸電線路等電氣設備造成很大危害,常規斷路器的動作時間相對于故障發生的時刻有一定的滯后,再加上繼電保護所形成的時間差,在開斷時間內短路電流的峰值已經數次沖擊發電機、變壓器、斷路器等被保護設備,經過幾次重大事故,就有可能造成設備的損壞,進而增加運行維護和檢修的成本。另外,斷路器正常工作時的額定電流與發生短路故障時的短路電流相差過大,尤其是現代電力系統容量的不斷增大,短路電流值也不斷上升,斷路器必須按照開斷短路電流進行選擇,設備、線路及斷路器本身就要求設計有足夠的熱穩定、動穩定裕度,設備的投資就會加大,造價過高。因此,隨著電力系統的不斷發展,越來越需要斷路器能夠在故障瞬時就發現并以最快的速度切斷短路電流,避免被保護設備及開關本身受到巨大的熱沖擊和電動力作用。

而目前即使較好的斷路器的開斷時間也在幾十毫秒以上,開斷短路電流都在50kA以下。因此,開斷時間長、開斷容量不足,或選用進口斷路器,而發生的巨大的購置費用的問題始終難以解決。因而開發一種能快速、可靠地開斷短路電流的開關,這不僅對電力系統安全、可靠的運行顯得十分重要,而且對降低電氣設備使用廠家的設備成本也有著十分重要的意義。

大容量快速限流裝置 (TWD-IS) 是本公司為了滿足電力系統對短路保護的需求而開發的新型短路保護裝置,它可在短路電流上升的初始階段,即將短路電流開斷(少于1ms),使其不能以短路電流的峰值流向短路點,從而達到了保護發配電設備及供電線路的目的。



二、裝置的主要特點

TWD-IS大容量快速限流裝置具有開斷容量大、開斷速度快、限流效果明顯、動作可靠性高的特點,廣泛用于電力系統單相、三相設備,用來快速切除短路故障。它不僅可以開斷短路電流,還限制了操作過電壓,全面保護了設備的安全。主要有以下特點:

可以取代系統采用斷路器加限流電抗器的運行方式,或者與限流電抗器并聯運行。避免了正常運行時限流電抗

器的電損耗、電壓波動和電磁干擾問題,提高供電質量。

可以把截流時間控制在1ms以內,短路電流永遠不會上升至第一個大半波的峰值。使得電氣設備及線路不再遭受

短路峰值電流的沖擊,從而延長了使用壽命。

可以降低變電站的投資,解決新建變電站和變電站擴建時所遇到的短路電流難題。

配置高能氧化鋅非線性電阻來吸收開斷過程中的磁能,開斷容量可達240kA。

開斷過程中無危害性過電壓。

結構合理,額定電流可達6300A。



三、裝置的構成與原理


TWD-IS大容量快速限流裝置由:快速限流器IS、高壓限流熔斷器FU、高能氧化鋅非線性電阻FR、專用電流互感器CT、專

用脈沖變壓器MB及微機測控單元ZK組成,簡稱TWD-IS,符號表示為。( 原理如圖一所示 )


正常工作時,裝置微機測控單元三套獨立采樣系統實時采集專用電流互感器提供的電流信號。由于快速限流器IS電阻為

微歐級,高壓限流熔斷器電阻為毫歐級,故正常運行情況下,電流幾乎全部流過快速限流器。一旦系統發生短路,微機測控

單元發出動作信號,經專用脈沖變壓器引爆快速限流器,快速限流器在幾百微秒的時間內高速斷開,故障電流轉移到高壓限

流熔斷器中,限流熔斷器在0.5ms后迅速熔斷,開斷短路電流。高壓限流熔斷器熔斷時產生的弧壓,使高能氧化鋅非線性電阻導通吸收系統電感中儲存的磁能及電源注 入的能量,使高壓限流熔斷器順利熄弧,并把開斷過程中的過電壓限制在設備允許的2.5倍的相電壓以內。


由于短路故障電流在1ms之內被截流,3ms之內衰減到0,短路電流尚未上升就被切斷,其幅值可被限制到小于預期短路電流峰值的10%左右,對設備的破壞作用大大減小,對設備的動、熱穩定要求可以降低。



四、裝置的主要部件及其功能

(1) 快速限流器IS

快速限流器與高壓限流熔斷器、高能氧化鋅非線性電阻并聯運行??焖傧蘖髌鲀劝ㄑb置和載流導體,快速限流器的設計電阻為高壓限流熔斷器的幾千分之一,因此正常時從快速限流器中流過的電流為從高壓限流熔斷器

中流過的電流的幾千倍,而工作電流基本為兩者之和,在不增加高壓限流熔斷器額定電流的情況下,整個裝置的額定電流得到了提高。短路時,測控單元發出的脈沖信號點燃爆炸裝置,在0.15ms后載流導體從中部斷開,在爆炸沖擊力的作用下,分開的載流導體向六個方向卷曲,形成隔離斷口,將電流轉移至高壓限流熔斷器。


(2) 高壓限流熔斷器FU

高壓限流熔斷器具有限流性和快速性。由于故障電流的最大峰值往往出現在第一半波,當橋體斷開后全部短路電流轉移到高壓限流熔斷器,熔斷器在第一個半波內短路電流還未來得及升起就完成氣化、擊穿、間隙產生電弧和熄滅電弧,限制并強制性地切斷短路電流 (t<2ms),使電流達不到預期的短路電流峰值。高壓限流熔斷器產生的弧壓可以通過非線性電阻加以限制,通過與橋體在阻值上的配合,解決高壓限流熔斷器容量不足的問題,提高 整個裝置的應用范圍。


(3) 高能氧化鋅非線性電阻FR

高能氧化鋅非線性電阻具有非線性伏安特性,同時能夠抑制瞬時過電壓,當其端電壓低于某一值時,其中的電流幾乎為零;超過這一值時,其電流將隨著端電壓U的增大而急劇增加。在高壓限流熔斷器熔斷時產生的弧壓,使氧化鋅非線性電阻導通吸收電感中儲存的磁能及電源注入的能量;氧化鋅非線性電阻導通,使高壓限流熔斷器順利熄弧。同時氧化鋅電阻良好的非線性特性,可以把開斷時的過電壓限制在2.5倍額定相電壓之內使電氣設備不再受到大電流的沖擊。

(4) 專用電流互感器CT

用于測量流過裝置的電流值,為微機測控單元提供數據,外形與普通互感器一樣,性能上以下幾個顯著特點:

有一個特別高的過流系數,達40倍額定電流不

飽和;

有一個介于一、二次繞組之間的低阻抗屏蔽;

有一個可得到低剩磁感應的鐵心;

專用電流互感器保證了整個裝置動作的靈敏性、快速性和可靠性。

(5) 專用脈沖變壓器MB

脈沖變壓器是將微機測控單元發出的動作信號放大成預定的脈沖信號傳遞給快速限流器中的爆炸裝置,同時保證微機測控單元信號線與具有系統電位的爆炸裝置之間的電氣隔離。

(6) 微機測控單元ZK

測控單元是一個電子邏輯控制器,隨時檢測系統電流瞬時值i和電流變化率di/dt,一旦有短路故障發生,當i和di/dt大于整定值時,電子邏輯控制器會向橋體中的爆炸裝置發出分斷信號。測控單元采用三套相同的獨立工作的測控部件,以三選二的“表決方式”判斷,確保了整個裝置的可靠性。

TWD-IS大容量快速限流裝置除以上主要元件外,在一些特殊場合整套裝置會增加隔離開關、真空斷路器,以便于操作、檢修。



五、裝置在系統中的應用

在許多傳統開關不能滿足要求的場合,最快速的開關設備TWD-IS大容量快速限流裝置能提供技術可行、經濟合理的解決方案。以下為最典型的應用方案:

1、TWD-IS大容量快速限流裝置應用于發電機出口

(見圖二)

裝置開斷容量大,使發電機、變壓器得到快速有效保護。有以下幾個優點:

將發電機直接接到電力系統,不需考慮系統短路

容量的增加;

現有的開關柜系統無需更換;

無需昂貴的發電機出口斷路器;


2、TWD-IS大容量快速限流裝置與電抗器并聯

(見圖三)

正常運行時,TWD-IS將電抗器短接,避免了電抗器巨大的電能損耗和大型電動機啟動時的電壓降及電磁場對周圍環境的影響。短路時,TWD-IS快速斷開,負荷側斷路器的開斷電流由電抗器限制到允許范圍。在新供電系統設計時,可加大電抗器阻抗,使負荷側斷路器的開斷電流進一步減小,降低造價。

3、TWD-IS大容量快速限流裝置應用于系統的母聯


(見圖四)


可以大大減少系統擴建或聯網運行所需要的投資,提高了電能質量和供電可靠性,降低串聯網絡阻抗,優化負荷潮流。短路時TWD-IS快速將系統解列,負荷側斷路器只按單臺變壓器提供的短路電流選擇,實現經濟運行。


4、TWD-IS大容量快速限流裝置應用于公共電

網與用戶自備發電電源的聯接(見圖五)


可以將用戶自備發電機方便安全的聯接到公共電網中,對公共電網無影響,且可以選擇性跳閘(即只有在公共電網有故障時,KM-IS才動作)。


六、裝置的型號及技術參數




七、裝置的外形結構及安裝尺寸

八、使用環境條件


環境溫度:戶內型-15℃~+60℃,特殊可做到-40

     ℃~+60℃,戶外型-40℃~+60℃。

海拔高度:≤2000m,特殊可做到4000m。

使用環境:不得有粉塵、煤氣、煙氣等具有爆炸性的

     混合物。

安裝地點:應具有防御風、雨、沙和防塵設施。

超出上述使用環境條件的要求,用戶需和本公司協商訂制。


九、    包裝、運輸、儲存


包裝:一般采用木箱包裝,柜體底座固定在包裝箱底板上。

運輸:不宜在三級以下公路上長距離運輸,必要時可拆散包裝,重要配件應在進行處理后方可采用公路運輸。

儲存:長期不用時,應儲存在干燥、通風的倉庫內,   不宜在室外存儲。


十、    安裝、調試、維護


本公司負責根據用戶的要求進行圖紙設計及參數的選擇,設備組裝調試完畢后,由專業檢測人員進行二次模擬實驗及1:1高壓仿真實驗,檢測合格后方能出廠。如用戶需要,本公司可負責現場安裝指導及調試服務,用戶提供必要的配合與協助。

設備正常工作時不需要維護和檢修,但在裝置動作后必須仔細檢查熔斷器是否損壞,撞桿是否彈出。

用戶在遵守保管及使用要求的情況下,從安裝使用之日起12個月,或從發貨之日起18個月期限內,產品由于質量原因發生損壞或不能正常工作,本公司將無償地為用戶維修或更換。

本公司對設備實行終身維修,并長期以優惠價提供備品備件。


十一、訂貨須知


(1)  用戶應提供系統的電氣主接線圖,接入系統的短路

    阻抗(或短路容量)、系統的運行方式、系統中最大

    配電變壓器容量和最大電動機功率以及系統中最小

    的斷路器開斷容量作為裝置的設計依據。

(2)  用戶應提供系統中發電機參數(P、COSф、Xd”),

    變壓器參數(S、Ud%),電抗器參數(U、I、Xd%)。

(3)  用戶應提供本裝置的柜體安裝位置(單獨放置或與

    其它柜體并柜)和進出線方式(上進下出、后進后出、

    下進下出、上進上出、側進下出、側進側出等)。

(4)  供貨周期一般為用戶確認本公司設計后40天,若有

    特殊要求可另行協商。





皖公網安備 34012102000028號

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