（中冶南方都市环保工程技术股份有限公司 湖北武汉 430071）
摘要：本文主要通过对零损耗深度限流装置在工程实例中的应用，介绍此类装置的特点、工程中应注意的事项以及其应用前景的展望。
关键词：零损耗深度限流装置；短路电流；阻抗；经济性
一、概述
发输变电系统发生短路故障时，系统短路电流通常为额定电流的十几倍，对发电机、变压器、断路器、输配电线路等电气设备会产生很大危害。应用较广且较经济、实用的真空断路器的分断能力均在40kA及以下，分断时间为几十毫秒。伴随着经济的发展，企业用电量逐年提高，为企业供电的变压器容量也逐年增大，各企业配电系统面临短路电流已经接近或达到真空断路器的最大分断能力。导致负载侧断路器开断容量不足、变压器抗短路冲击能力不足等问题，对安全运行造成严重威胁。特别是大型的钢铁企业，由于环保节能领域越来越受到重视，钢厂内的余热、余能电厂项目逐渐增多，导致钢厂用电系统的短路容量也逐步提高，对钢厂原有用电系统的影响也越来越大。
对于各企业所面临越来越严重的短路电流超标的问题，有些采用高阻抗变压器来限制系统短路电流，然而变压器加大阻抗并没有最终解决限流深度问题。对于设备来说，电动力减少很小，并且还引起有功、无功损耗、投资成本升高等问题。
因此针对个别项目，为限制短路电流值采用了串联限流电抗器的做法。然而利用普通的串联限流电抗器并没有从根本上解决限流深度问题（一般电抗率约在百分之十几左右）。并伴随着有功损耗、无功损耗、母线压降、漏磁场等等弊病。供电网络发生短路时，由于电抗器的限流深度不足，并不能有效的保护开关柜、变压器、发电机等主要电气设备，在非常大的短路电流冲击下，变压器、发电机会造成绕组变形而损坏，开关柜断路器会炸裂等等，从而对安全和生产造成重大影响。
虽然爆炸型大容量高速开断装置和电抗器的并联在国内也有应用，仅仅解决了普通电抗器的有功损耗、无功损耗、漏磁场、电压降等问题，然而当系统发生短路故障后其一次元器件动作，电抗器投入工作并没有解决限流深度问题。爆炸型大容量高速开断装置在动作后，需要更换新的备件，方可重新投入运行。企业运行维护费用也大大增加。
因此，本文介绍一种能快速、可靠的深度限制短路电流的电抗器，对电力系统可靠、安全运行显得非常重要，对降低企业的建造、运行成本也有着非常重要的意义。
二、工程实例应用介绍
现以某钢厂二期电厂项目为例，对零损耗深度限流装置的应用做下简要介绍。本项目是新建一座1x240t/h高温高压高炉煤气锅炉配1x50MW抽凝式汽轮发电机组+1x60MW发电机及循环水系统、化学水处理系统等。由于本钢厂规模不大，厂区内110kV开关站110kV系统不具备接入新建电厂的能力，但若直接接入外部电力部门的系统，存在审批难、周期长的问题。这对于民营企业来说，是不经济的，因此业主要求采用10kV电压等级接入钢厂内的10kV开关站，就地将电能消耗掉，但原有10kV系统的短路容量现已达到钢厂。为此，考虑在发电机出口增加零损耗深度限流装置或爆炸桥装置，以限制并网点电力系统短路时由发电机输出的短路电流值，保证10kV开关站系统安全、可靠的运行。
具体方案设计如下：
3.技术参数要求
对发电机短路电流进行限制，将总短路电流限制到30kA以下，以保证支路短路器安全可靠开断，保证系统稳定性。
4.项目分析
注：短路电流一栏中，B表示限流之前的故障电流，A表示改进后，短路电流被限制到的数值。
5.限流方案对比分析
5.1串联电抗器方案评估
通过上表计算数值可知，发电机出口加入限流电抗器，虽然可以对短路电流加以限制，但电抗器长期串联在线路中运行，电力损耗严重，降低发电机有功输出，且电抗器两端口间会产生压降，降低供电电压质量。下表分别列出在项目中长期串联一个市场上常规限流电抗器产生的损耗：
5.2.2工作原理
爆炸桥在检测到系统短路后，启动点火装置，使得桥体炸开，将短路电流换入熔断器中，通过并联的熔断器开断短路电流，开断过程的磁场能量通过并联的非线性电阻吸收。爆炸桥的本质属于大电流的一次性熔断器。一旦动作后，不能恢复，必须更换桥体、熔断器等配件，必须停电才能更换，否则，电抗器必须长期运行，回到了5.1所说的情况。
5.2.3设备维护成本
5.2.4 结论
缺点：爆炸桥加限流电抗器并联方案，其设备和后期维护费用较高，同时增加了后期维护的工作量，此方案经济性较差。
优点：对短路电流的限制可靠性较高。特别是不并联电抗器时，可有效的切除发电机对并网接入点短路电流的影响，使并网开关站的设备得到有效的保护。
5.3零损耗深度限流装置（ZLB）方案评估
5.3.1原理图
5.3.2工作原理特征
正常运行时
当系统正常运行时，零损耗深度限流装置限流电抗器部分，没有电流通过，则无损耗、无压降，并且不会产生漏磁场。
当系统发生短路故障
装置可将短路电流在7~15ms内限制在原幅值的50%以下，使系统所承受的短路冲击大大降低，从而有效保护开关柜、变压器等设备，提高短路点真空断路器的使用寿命。
系统短路故障切除后
当短路故障切除后，装置测控单元能自动检测母线电压回升，并立刻给高速涡流开关发出合闸命令，限流电抗器退出，系统便可恢复正常的运行。
5.3.3总结
优点：根据上述分析，采用长期串联电抗器存在损耗的不足之处。ZLB零损耗深度限流装置，在保证限流效果的前提下弥补了上述不足，节能环保，完全满足用户诉求并具有绝对可靠性。
缺点：可以降低发电机对系统短路电流值的影响，但不能完全切除，对并网系统侧开关性能有较高的要求。
6. 方案简述
注：短路电流一栏中，B表示限流之前的故障电流，A表示改进后，短路电流被限制到的数值。
6.4设备参数
6.5针对本项目单套ZLB零损耗深度限流装置主要配置
7.针对本项目的特点，最终采用一体式的布置方案。现场实际布置方案如下图：
三、应用前景展望
近年来，全国雾霾问题越来越严重，国家对环保问题也越来越重视，对各个钢厂的环保要求也越来越严格。因此各个钢厂对本厂内任何能够利用的能源都采取能利用就利用的原则，特别是加强了节能电厂的建设。比如高炉煤气发电、CCPP发电、饱和蒸汽发电、烧结余热发电、干熄焦余热发电、转底炉余热发电和球团余热发电等等。但钢厂内大多数电力开关站都是原有设备，并未考虑这么多的短路电流源，如果新增的发电机组直接接入原有系统，势必影响原系统的安全、稳定运行。比如武钢在近几年间断增加了近十几台大大小小的发电机组，在后续运行中便逐渐暴漏出了上述问题。在最近的技改工程中，对个别系统短路电流较大的系统便采用在发电机出口增加零损耗深度限流装置的措施。改造后，该系统运行效果便得到了明显的改善。
零损耗深度限流装置作为近年新推出的产品。也必定需要逐步完善和提高自己的性能，其和爆炸桥也是各有优点和缺点。各个钢厂根据自身的情况和特点，可以合理选择适合自己的产品。但以经济性来说，零损耗深度限流装置的应用前景还是比较广阔的。
参考文献：
[1]电力工程电气设计手册；
[2]DL/T5222-2005，导体和电器选择设计技术规定；
论文作者:张立强
论文发表刊物:《河南电力》2018年11期
论文发表时间:2018/11/28
标签：电流论文; 系统论文; 装置论文; 深度论文; 流电论文; 钢厂论文; 发电机论文; 《河南电力》2018年11期论文;