FUR组合保护装置在江垭水电站厂用电系统中的应用

　

摘要：通过在江垭水电站厂用电系统的改造中，采用FUR组合保护装置加普通真空断路器取代原有高压负荷开关，有效的防止了误动作，减少了操作过电压对主要电气设备的冲击，实现了动作的可选择性，降低了造价。该文对在选型过程中的步骤及应考虑的问题，给予了较深入的研究。

关键词：FUR 组合保护装置 厂用电 应用
　1 概述
　　湖南省江垭水电站装设3台10万kW的水轮发电机组，电站于1998年至1999年相继投入商业运行，发电机额定电压为13.8kV，3台水轮发电机电压侧采用单机单变—即单元接线方式，主变高压侧为110kV和220kV电压等级送出，其中一台机组接110kV/220kV自耦变压器，另两台机组接220kV双圈变，3台高压厂用变取自3台主变的低压侧，变压比为13.8/10.5kV，10.5kV侧采用分段接线方式，未改造前高压厂用变压器的额定容量为1250k VA，改造后新增一台2500kVA的变压器接1台机组，一台机组接1250kVA变压器不变，另一台机组采用2台1250kVA并列运行。原高压厂用变压器高压侧（即13.8kV侧）均采用负荷开关进行保护，运行中出现非正常动作及熔丝烧坏现象，因此结合此次厂用变增容改造，同时对保护设备进行改造。整个改造于2002年元月完成，至今已运行近3年，效果良好，业主及运行人员对此非常满意。现就改造方案的选取及在选型过程需要考虑的主要问题进行探讨，对今后正确选用FUR设备及高压限流熔断器将会起到一定的作用。
　　2 改造方案的选取及原方案存在的问题
　　由于13.8kV原开关设备均为装柜形式，且地方狭窄，不可能再增加设备位置，只能在原有设备的基础上进行改造完善，为了保证今后的安全运行，在全面了解现有设备的基础上，拟定了三个方案供选择比较。
　　第一方案是更换原有负荷开关，即增加额定电流以满足厂用变容量的变化要求，此方案最为方便简单。从表面上看，在正常情况下，选择负荷开关额定电流为1250A或630A均可满足要求，但若厂用变二次侧发生短路时，考虑厂用变阻抗后，流过一次侧的最大电流约为2000A，而目前负荷开关的最大额定电流为1250A，所以不能满足要求，有可能会出现负荷开关爆炸等严重现象的发生，不是彻底的解决问题的方案。
　　第二方案是在原有开关柜内将负荷开关更换为真空断路器。通过短路电流计算，当在高压厂用变高压侧发生三相短路时，系统各设备提供的最大短路电流达到77.9kA（自耦变侧）和54.4kA（双圈变侧），假定断路器能切断如此大的短路电流，但由于断路器实际开断时间（继电保护时间与断路器分闸时间之和）大于80ms，所以在短路故障切除之前，与之相连接的电气设备将受到3个周波以上的大短路电流冲击，几次这样大的短路电流冲击必然对设备带来很大的损害，影响其使用寿命和经济效益的充分发挥。实际上，现有常规断路器也无法切断如此大的短路电流，若选用发电机专用断路器，其价格十分昂贵，也不能保证短路动作有良好的选择性，也难以避免大短路电流的冲击。
　　第三方案是采用FUR组合装置加真空断路器的组合方案。真空断路器仅作为操作电气设备代替负荷开关，可选择轻型断路器，FUR作为保护设备（FU即高压限流熔断器，FR为高能氧化锌过电压保护器，两者组合简称FUR），FU的限流性和快速性使得在短路电流远未达到最大值之前就切断短路电流，其切断时间可根据保护特性进行调整和选择，以保证上、下级的动作选择性，从而达到保护设备的目的。而FR的降压性和移能性限制了网络中的操作过电压，并将短路网络中的磁场能量释放，快速将电流衰减至零。因此使用FUR装置有如下优点：
　　（1）由于FU的快速性和限流性是由其物理特性所决定，而无机械拒动的可能，所以有较高可靠性；
　　（2）由于FU的限流性，系统设备不再会受到预期短路冲击电流的冲击，有效避免了因穿越故障电流而损坏设备的事故，延长了电气设备的使用寿命，且设备选择无需考虑动、热稳定校验问题；

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　　（3）由于FU的快速性，使故障切断时间大大缩短；
　　（4）由于FR的非线型性有效的限制了FU的过电压，使操作过电压小于2.5倍的额定相电压，FR吸收了FU在开断过程中系统各部分提供的能量，使FU开断时的电弧能量降低至安全线以下，从而减轻了FU的承受压力。
　　FUR的上述这些优点克服了方案一、二的某些缺点，且价格较方案二低很多，同时可实现在原有开关柜内进行改造，工作量较少，改造时间短。


3 柜内结构方案的设计
　　在确定了采用普通真空断路器加FUR组合保护装置方案后，在不增加外置设备及占地的情况下，分析所增加的设备在柜内安装的可能性。原柜内装设了一台高压负荷开关，在不改变柜体尺寸的情况下，将此开关拆除后，略加改造（即增加相关的支撑件）自上而下依次布置FU的撞击机构、FU、FR及真空断路器。真空断路器仅作为切断负荷电流之用，因此它安装在FUR之前或之后都是可取的，根据开关的型式及操作、检修及维护更换设备的方便，在此次改造中，将真空断路器布置在FUR之后，主要原因是①断路器操作机构易于安装，引出线易于连接；②在更换FU熔丝时，可断开断路器，使FU下触头在无电压情况下更换，保证了人身安全；③FUR装设在开关柜后板上，支撑容易，且与封闭母线套管和真空断路器连接方便，经校核安装尺寸及带电距离均可满足要求，但柜内需增加一定数量的设备支撑件及面板现场开孔工作。如果能在FUR前再装设一组隔离开关，则该方案就更加完美，即当在机组运行时，需更换FU的熔丝时，不会影响机组正常发电，上、下端均不带电，人员更加安全。
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