摘要：本文介绍了在某钢厂板材站、炼钢站主变6kV侧出口、一电站1#、2#发电机出口、7#TRT、LSP、BSP、CDQ发电机出口、二电站35kV区域变电站至四空压、5#、6#烧结、7#高炉等10kV出线使用无损耗深度限流装置，当电抗器外侧线路或设备发生短路故障时，快速开关装置检测到电流突增信号，立即利用其串在一次回路中的快速切断开关快速切断，将电抗器瞬间串入线路中，增大供电线路阻抗值，使得电抗器既可以抑制短路电流，又可以维持系统瞬时残压，提高了供电安全，也保障了供电设备的安全。
关键词：快速切断开关；短路电流；阻抗值；线路损耗
某钢厂板材站、炼钢站主变6kV侧出口、一电站1#、2#发电机出口、7#TRT、LSP、BSP、CDQ发电机出口、二电站35kV区域变电站至四空压、5#、6#烧结、7#高炉等10kV出线均装设了线路电抗器，其作用是有效降低供电系统短路电流，而且起到维持系统瞬时残压的作用，降低了供电安全隐患。限流电抗器实质上就是一个阻抗，它的投入即抬升系统供电端电压、降低用电端电压，又增大了供电系统的电能损耗。系统供电端电压过高，严重影响电气设备绝缘性能，降低电气设备使用寿命或发生故障；而用电端电压过低，会导致用电设备电流过大，危害与电压过高类似；同时不利于公司节能降耗及降低用电成本。
一、现状分析
目前某钢厂板材站、炼钢站主变6kV侧出口、一电站1#、2#发电机出口、7#TRT、LSP、BSP、CDQ发电机出口、二电站35kV区域变电站至四空压、5#、6#烧结、7#高炉等10kV出线均装设了线路电抗器，原因是这些区域供电系统短路容量大，导致短路电流大，设备选型困难且造价高，同时使得供电系统存在极大的安全隐患。为降低供电系统短路电流，就必须增大供电线路阻抗值，从而增大供电系统的整体阻抗值。在供电线路中串入限流电抗器，就是一种简单且行之有效的手段。
限流电抗器虽然有效降低了供电系统短路电流，而且起到维持系统瞬时残压的作用，降低了供电安全隐患。但限流电抗器实质上就是一个阻抗，它的投入即抬升系统供电端电压、降低用电端电压，又增大了供电系统的电能损耗。系统供电端电压过高，严重影响电气设备绝缘性能，降低电气设备使用寿命或发生故障；而用电端电压过低，会导致用电设备电流过大，危害与电压过高类似；同时不利于公司节能降耗及降低用电成本。
目前某钢厂使用限流电抗器的规格型号及所在单位（见表1）。
表1：某钢厂限流电抗器统计表
按照《某钢厂限流电抗器统计表》中的电抗器规格，其对供电电压的影响在40V~320V不等，原则上线路电流越大、电抗值越大，电抗器对线路电压影响就越大。
二、技改必要性分析
若采用常规的电抗器限流，存在如下两个问题：一是会产生电能损耗，二是存在电磁干扰。
1、电能损耗。
现以1#CDQ、2#CDQ发电机出线为例计算功率损耗，其它馈线功率损耗依此计算。
1#CDQ、2#CDQ发电机出线：正常运行电流1200A。电抗器型号：XKGK-6-2000-10；电压6kV；额定电流2000A；电抗率10%；电抗器有功损耗30.6kW；无功损耗2078.5kVar；电抗器重1220kg。
有功损耗功率查《北京电力设备总厂电抗器手册》参数表得到PK=10.217×3=30.6kW
三相无功损耗QK =
=
=2078.5kVar
年总的损耗= β2ΔP∑ T= β2（PK+ 0.10①QK）T
①——根据国际工业协会标准及供电局无功当量标准取0.06-0.2之间。
电抗器年总的损耗= β2ΔP∑ T= β2（ΔP= PK+ 0.10QK）T
=0.62*（30.6+0.1*2078.5）*8000
=686736kWh
电能损耗折合人民币=686736kWh*0.48元/kWh=32.96万元
注：负荷率β=1200/2000=0.6，年运行T=8000小时，每kWH按照0.48元购电费用计（外购电五项基金、基本电费、最大需量费），不包含固定费用（辅材费、人工费、修理费、服务费、厂务费）。
每年1台电抗器损耗电能达到686736kW h，2台电抗器年总的损耗=686736kWh*2=1373472kWh电能损耗折合人民币=1373472kWh*0.48元/kWh=65.9万元每年减少电能损耗1373472kWh，电能损耗折合人民币65.9万元。
经计算，1号CDQ、2号CDQ发电机每年损耗电能达到1373472kWh，电抗器每年电能损耗折合人民币约65.9万元，经济损失是较大的。目前只计算了1号CDQ、2号CDQ发电机损耗，如果计算某钢厂所有的电抗器运行损耗，经济效益较为可观。
2、电抗器漏磁场对设备的其他影响
空心电抗器正常运行时，交变的电磁场介质是空气，会产生强大的电磁辐射。电磁辐射使通讯系统及计算机监控系统受到严重干扰，甚至无法正常工作。另外电抗器附近的金属构件或基础混凝土中钢筋在强大的主磁场作用下，会产生附加损耗（基础和基础钢筋中），并且在长期的震动下，将使混凝土松软，影响混凝土基础和厂房的寿命。
为减少电抗器的功率损耗，起到节能、降本增效的作用，综上分析，有必要对其进行技术改造。
三、技改内容
有没有什么办法既可以有效利用电抗器的优点，同时又能抑制其带来的危害？办法是有的，在一电站1#机组、7#TRT、LSP、BSP发电工程项目中，先后使用了快速开关装置。该装置安装在1#发电机、7#TRT、LSP、BSP发电机出口，与限流电抗器并接。正常情况下，由于快速开关装置阻值与电抗器比较，可以忽略不计，因此电流全部从快速开关装置通过，相当于将电抗器短接了，对供电没有丝毫影响。在电抗器外侧线路或设备发生短路故障时，快速开关装置检测到电流突增信号，立即利用其串在一次回路中的快速切断开关快速切断，将电抗器瞬间串入线路中，增大供电线路阻抗值，使得电抗器既可以抑制短路电流，又可以维持系统瞬时残压，提高了供电安全，也保障了供电设备的安全。
目前，快速开关装置升级为无损耗深度限流装置，体积更小，性能更优，动作更快速，运行更稳定。
相较于爆炸型大容量高速开断装置，无损耗深度限流装置具有以下优点：
1）使用寿命长，开断能力强：无损耗深度限流装置开关使用高速涡流驱动机构，运动部件少，没有复杂的传动机构，机械寿命大大提高。同时，装置系过零点开断，燃弧期间的燃弧量大大减少，使触头灼烧小，开断能力大大提高。
2）免维护检修：无损耗深度限流装置为全自动装置，当系统短路时装置5ms内动作，故障被切除后装置自动复位，无需更换备件。
3）可靠性高：无损耗深度限流装置核心部件即使在强电磁干扰环境下，仍能可靠运行。
4）性能高：无损耗深度限流装置各功能信息均能通过发送后台实时报警监控。
虚线框中为无损耗深度限流装置的一次简图
● 正常工作时，高速涡流驱动开关处于常闭状，将限流电抗器金属性短路，整体表现阻抗为零；
● 当发生短路时，高速涡流驱动开关利用快速涡流驱动机构，在15ms 内将限流电抗器投入回路，限制系统短路电流，将短路电流限制50%以下。
● 短路故障切除后，可立即恢复，即将电抗器快速短接，实现零损耗运行。
本装置使用高速涡流驱动开关，能实现5 毫秒以内分闸，10 毫秒合闸。同时测控单元使用高精度、高速数模转换器，不断对系统电流进行检测，当电流大于设定值时，通过高速DSP技术和专用算法，在2 毫秒内快速计算短路电流及电流过零点的精确时刻，并在过零点之前发出动作信号，驱动开关在过零点之前切断电路，确保燃弧时间最短，在15 毫秒内将短路电流换入深限流电抗器中。
结论：
无损耗深度限流装置开关投运后，线路损耗降低，节能效果良好，运行可靠性高；由于正常运行情况下，相当于将电抗器短接了，不会产生强大的电磁辐射，这样其他设备就不会受到干扰，提高了供电安全稳定，也降低了现场噪音。
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论文作者:吴贝,王碧涛,胡小华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
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