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TWD-IS大容量快速限流装置

一、概 述

众所周知,电力系统发生短路故障时,短路电流一般为额定电流的十几倍,有时达到几十倍,短路冲击电流甚至超过百倍,短路电流的最大峰值往往出现在第一个周波内,而且非周期分量很大,通常几个周波内不过零。强大的短路电流产生的电动力给发电机、变压器、断路器、输电线路等电气设备造成很大危害,常规断路器的动作时间相对于故障发生的时刻有一定的滞后,再加上继电保护所形成的时间差,在开断时间内短路电流的峰值已经数次冲击发电机、变压器、断路器等被保护设备,经过几次重大事故,就有可能造成设备的损坏,进而增加运行维护和检修的成本。另外,断路器正常工作时的额定电流与发生短路故障时的短路电流相差过大,尤其是现代电力系统容量的不断增大,短路电流值也不断上升,断路器必须按照开断短路电流进行选择,设备、线路及断路器本身就要求设计有足够的热稳定、动稳定裕度,设备的投资就会加大,造价过高。因此,随着电力系统的不断发展,越来越需要断路器能够在故障瞬时就发现并以最快的速度切断短路电流,避免被保护设备及开关本身受到巨大的热冲击和电动力作用。

而目前即使较好的断路器的开断时间也在几十毫秒以上,开断短路电流都在50kA以下。因此,开断时间长、开断容量不足,或选用进口断路器,而发生的巨大的购置费用的问题始终难以解决。因而开发一种能快速、可靠地开断短路电流的开关,这不仅对电力系统安全、可靠的运行显得十分重要,而且对降低电气设备使用厂家的设备成本也有着十分重要的意义。

大容量快速限流装置 (TWD-IS) 是本公司为了满足电力系统对短路保护的需求而开发的新型短路保护装置,它可在短路电流上升的初始阶段,即将短路电流开断(少于1ms),使其不能以短路电流的峰值流向短路点,从而达到了保护发配电设备及供电线路的目的。



二、装置的主要特点

TWD-IS大容量快速限流装置具有开断容量大、开断速度快、限流效果明显、动作可靠性高的特点,广泛用于电力系统单相、三相设备,用来快速切除短路故障。它不仅可以开断短路电流,还限制了操作过电压,全面保护了设备的安全。主要有以下特点:

可以取代系统采用断路器加限流电抗器的运行方式,或者与限流电抗器并联运行。避免了正常运行时限流电抗

器的电损耗、电压波动和电磁干扰问题,提高供电质量。

可以把截流时间控制在1ms以内,短路电流永远不会上升至第一个大半波的峰值。使得电气设备及线路不再遭受

短路峰值电流的冲击,从而延长了使用寿命。

可以降低变电站的投资,解决新建变电站和变电站扩建时所遇到的短路电流难题。

配置高能氧化锌非线性电阻来吸收开断过程中的磁能,开断容量可达240kA。

开断过程中无危害性过电压。

结构合理,额定电流可达6300A。



三、装置的构成与原理


TWD-IS大容量快速限流装置由:快速限流器IS、高压限流熔断器FU、高能氧化锌非线性电阻FR、专用电流互感器CT、专

用脉冲变压器MB及微机测控单元ZK组成,简称TWD-IS,符号表示为。( 原理如图一所示 )


正常工作时,装置微机测控单元三套独立采样系统实时采集专用电流互感器提供的电流信号。由于快速限流器IS电阻为

微欧级,高压限流熔断器电阻为毫欧级,故正常运行情况下,电流几乎全部流过快速限流器。一旦系统发生短路,微机测控

单元发出动作信号,经专用脉冲变压器引爆快速限流器,快速限流器在几百微秒的时间内高速断开,故障电流转移到高压限

流熔断器中,限流熔断器在0.5ms后迅速熔断,开断短路电流。高压限流熔断器熔断时产生的弧压,使高能氧化锌非线性电阻导通吸收系统电感中储存的磁能及电源注 入的能量,使高压限流熔断器顺利熄弧,并把开断过程中的过电压限制在设备允许的2.5倍的相电压以内。


由于短路故障电流在1ms之内被截流,3ms之内衰减到0,短路电流尚未上升就被切断,其幅值可被限制到小于预期短路电流峰值的10%左右,对设备的破坏作用大大减小,对设备的动、热稳定要求可以降低。



四、装置的主要部件及其功能

(1) 快速限流器IS

快速限流器与高压限流熔断器、高能氧化锌非线性电阻并联运行。快速限流器内包含爆炸装置和载流导体,快速限流器的设计电阻为高压限流熔断器的几千分之一,因此正常时从快速限流器中流过的电流为从高压限流熔断器

中流过的电流的几千倍,而工作电流基本为两者之和,在不增加高压限流熔断器额定电流的情况下,整个装置的额定电流得到了提高。短路时,测控单元发出的脉冲信号点燃爆炸装置,在0.15ms后载流导体从中部断开,在爆炸冲击力的作用下,分开的载流导体向六个方向卷曲,形成隔离断口,将电流转移至高压限流熔断器。


(2) 高压限流熔断器FU

高压限流熔断器具有限流性和快速性。由于故障电流的最大峰值往往出现在第一半波,当桥体断开后全部短路电流转移到高压限流熔断器,熔断器在第一个半波内短路电流还未来得及升起就完成气化、击穿、间隙产生电弧和熄灭电弧,限制并强制性地切断短路电流 (t<2ms),使电流达不到预期的短路电流峰值。高压限流熔断器产生的弧压可以通过非线性电阻加以限制,通过与桥体在阻值上的配合,解决高压限流熔断器容量不足的问题,提高 整个装置的应用范围。


(3) 高能氧化锌非线性电阻FR

高能氧化锌非线性电阻具有非线性伏安特性,同时能够抑制瞬时过电压,当其端电压低于某一值时,其中的电流几乎为零;超过这一值时,其电流将随着端电压U的增大而急剧增加。在高压限流熔断器熔断时产生的弧压,使氧化锌非线性电阻导通吸收电感中储存的磁能及电源注入的能量;氧化锌非线性电阻导通,使高压限流熔断器顺利熄弧。同时氧化锌电阻良好的非线性特性,可以把开断时的过电压限制在2.5倍额定相电压之内使电气设备不再受到大电流的冲击。

(4) 专用电流互感器CT

用于测量流过装置的电流值,为微机测控单元提供数据,外形与普通互感器一样,性能上以下几个显著特点:

有一个特别高的过流系数,达40倍额定电流不

饱和;

有一个介于一、二次绕组之间的低阻抗屏蔽;

有一个可得到低剩磁感应的铁心;

专用电流互感器保证了整个装置动作的灵敏性、快速性和可靠性。

(5) 专用脉冲变压器MB

脉冲变压器是将微机测控单元发出的动作信号放大成预定的脉冲信号传递给快速限流器中的爆炸装置,同时保证微机测控单元信号线与具有系统电位的爆炸装置之间的电气隔离。

(6) 微机测控单元ZK

测控单元是一个电子逻辑控制器,随时检测系统电流瞬时值i和电流变化率di/dt,一旦有短路故障发生,当i和di/dt大于整定值时,电子逻辑控制器会向桥体中的爆炸装置发出分断信号。测控单元采用三套相同的独立工作的测控部件,以三选二的“表决方式”判断,确保了整个装置的可靠性。

TWD-IS大容量快速限流装置除以上主要元件外,在一些特殊场合整套装置会增加隔离开关、真空断路器,以便于操作、检修。



五、装置在系统中的应用

在许多传统开关不能满足要求的场合,最快速的开关设备TWD-IS大容量快速限流装置能提供技术可行、经济合理的解决方案。以下为最典型的应用方案:

1、TWD-IS大容量快速限流装置应用于发电机出口

(见图二)

装置开断容量大,使发电机、变压器得到快速有效保护。有以下几个优点:

将发电机直接接到电力系统,不需考虑系统短路

容量的增加;

现有的开关柜系统无需更换;

无需昂贵的发电机出口断路器;


2、TWD-IS大容量快速限流装置与电抗器并联

(见图三)

正常运行时,TWD-IS将电抗器短接,避免了电抗器巨大的电能损耗和大型电动机启动时的电压降及电磁场对周围环境的影响。短路时,TWD-IS快速断开,负荷侧断路器的开断电流由电抗器限制到允许范围。在新供电系统设计时,可加大电抗器阻抗,使负荷侧断路器的开断电流进一步减小,降低造价。

3、TWD-IS大容量快速限流装置应用于系统的母联


(见图四)


可以大大减少系统扩建或联网运行所需要的投资,提高了电能质量和供电可靠性,降低串联网络阻抗,优化负荷潮流。短路时TWD-IS快速将系统解列,负荷侧断路器只按单台变压器提供的短路电流选择,实现经济运行。


4、TWD-IS大容量快速限流装置应用于公共电

网与用户自备发电电源的联接(见图五)


可以将用户自备发电机方便安全的联接到公共电网中,对公共电网无影响,且可以选择性跳闸(即只有在公共电网有故障时,KM-IS才动作)。


六、装置的型号及技术参数




七、装置的外形结构及安装尺寸

八、使用环境条件


环境温度:户内型-15℃~+60℃,特殊可做到-40

     ℃~+60℃,户外型-40℃~+60℃。

海拔高度:≤2000m,特殊可做到4000m。

使用环境:不得有粉尘、煤气、烟气等具有爆炸性的

     混合物。

安装地点:应具有防御风、雨、沙和防尘设施。

超出上述使用环境条件的要求,用户需和本公司协商订制。


九、    包装、运输、储存


包装:一般采用木箱包装,柜体底座固定在包装箱底板上。

运输:不宜在三级以下公路上长距离运输,必要时可拆散包装,重要配件应在进行处理后方可采用公路运输。

储存:长期不用时,应储存在干燥、通风的仓库内,   不宜在室外存储。


十、    安装、调试、维护


本公司负责根据用户的要求进行图纸设计及参数的选择,设备组装调试完毕后,由专业检测人员进行二次模拟实验及1:1高压仿真实验,检测合格后方能出厂。如用户需要,本公司可负责现场安装指导及调试服务,用户提供必要的配合与协助。

设备正常工作时不需要维护和检修,但在装置动作后必须仔细检查熔断器是否损坏,撞杆是否弹出。

用户在遵守保管及使用要求的情况下,从安装使用之日起12个月,或从发货之日起18个月期限内,产品由于质量原因发生损坏或不能正常工作,本公司将无偿地为用户维修或更换。

本公司对设备实行终身维修,并长期以优惠价提供备品备件。


十一、订货须知


(1)  用户应提供系统的电气主接线图,接入系统的短路

    阻抗(或短路容量)、系统的运行方式、系统中最大

    配电变压器容量和最大电动机功率以及系统中最小

    的断路器开断容量作为装置的设计依据。

(2)  用户应提供系统中发电机参数(P、COSф、Xd”),

    变压器参数(S、Ud%),电抗器参数(U、I、Xd%)。

(3)  用户应提供本装置的柜体安装位置(单独放置或与

    其它柜体并柜)和进出线方式(上进下出、后进后出、

    下进下出、上进上出、侧进下出、侧进侧出等)。

(4)  供货周期一般为用户确认本公司设计后40天,若有

    特殊要求可另行协商。





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