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      MQ-ZLB零損耗深度限流裝置

      時間:2023-02-16 瀏覽:466

      一、功能原理介紹

      ■回路簡介

      如下圖所示,MQ-ZLB系列零損耗深度限流裝置(以下簡稱MQ-ZLB裝置)是由“換流器”與“限流電抗器”并聯而成的開關設備,再經由K1、K2點串接在供電線路中。

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      其中“換流器”是以安徽明清公司制造的VFC系列“渦流驅動”

      快速斷路器為主要元件的并整合了短路電流快速判斷的測控裝置的組合電器;“限流電抗器”正常運行時被換流器旁路處于退出狀態,損耗為零,僅在短路故障時才投入,故障解除后再自動退出。

      ■控制系統簡介

      MQ-ZLB控制系統包括中繼控制器和三個分相控制器,其中中繼控制器裝在現場操作柜中,分相控制器分別內置在各相換流器內。

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      分相控制器獨立控制各相換流器單元,中繼控制器通過光纖與各分相控制器聯絡,顯示各相換流器狀態信息并可維護定值,還提供數據接口和信號節點與中控室計算機管理系統通信。

      ■工作邏輯

      1、正常運行期間

      VFC處于合閘位,換流器承載線路工作電流,MQ-ZLB呈零阻抗狀態,表現為零損耗,無壓降,同時不會產生磁場污染;

      2、線路發生短路故障時

      當且僅當分相控制器通過羅克CT信號檢出了超過MQ-ZLB啟動定值的超標短路電流時,命令VFC及時分閘,ZLB裝置可在20ms內投入限流電抗器而呈現高阻抗狀態,將短路電流限制在預期值以內,確保常規斷路器可靠開斷短路故障。

      3、短路故障排除情況

      (a)若分相控制器通過返回CT檢出的電流小于返回定值時,說明短路故障已排除,命令VFC及時合閘,MQ-ZLB裝置可在20ms內旁路限流電抗器而呈零阻抗狀態,系統即可恢復正常運行;

      (b)若分相控制器通過返回CT檢出的電流達不到返回定值時,說明系統沒有排除短路故障,也即VFC一直處于分閘狀態,達到2s時間,為自我保護,命令VFC合閘,此功能也作為MQ-ZLB誤分之后的自愈保護。

      ■核心元件一VFC“渦流驅動”快速斷路器

      1、總則

      VFC系列“渦流驅動”快速斷路器是安徽明清電力公司制造的一種電容器儲能、渦流盤驅動、永磁保持、直動式的快速永磁真空斷路器,機械分閘時間小于5ms、最大開斷電流不小于80kA CO100次;已于2011年通過了西高所“型式試驗”和“大電流開斷性能試驗”。

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      “速度快”和“開斷能力強”,是開關型限流器所用斷路器必須具備的兩個重要指標!

      2、“渦流驅動”機構

      如下圖,為VFC開關“渦流驅動”機構和電路原理示意圖。

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      3、標準

      VFC快速斷路器符合GB1984-2003、JB/T3855-2008以及其他相關標準。該快速斷路器通過了以下各種試驗,可保證在正常安裝條件下安全可靠地工作。

      型式試驗:溫升、機械特性和操作(1萬次)、工頻耐壓、雷電沖擊耐壓、震蕩波抗擾度、電快速瞬變脈動群抗擾度、沖擊電壓、開斷關合能力試驗前后機械特性、短時耐受電流和峰值耐受電流、出線端短路開斷試驗、異相接地故障開斷能力試驗。

      性能試驗:VFC-12/1600-40的型式試驗試品完成40KA CO100次后,未經檢修,繼續進行80kA電燒損及開斷CO20次的開斷能力試驗、VFC-

      12/5000-80試品80KA下CO100次開斷能力試驗。

      出廠試驗:主回路工頻耐壓試驗、輔助和控制回路絕緣性能、主回路電阻測量、1:1模擬現場最大短路電流開斷試驗。

      4、指標特點及行業同類對比

      VFC快速斷路器采用了“渦流驅動”的直動式機構,性能指標明顯優于其他類型的真空斷路器,見下表。

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      ■其他重要元件

      1、換流器部分

      換流器部分主要由VFC快速斷路器和響應的測控元件組成,測控元件包括:羅克CT、分相控制器和薄膜電容器等。

      a、羅克CT

      羅克CT,學名Rogowski線圈(洛氏線圈),是一個均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環形線圈,輸出的是電流對時間微分的電壓信號,通過積分,就可以真實還原輸入電流,通常安裝在滅弧室的動觸頭側,有以下特點:

      由于羅克CT不含鐵磁性材料,無磁滯效應,相位誤差幾乎為零,也無磁飽和象,因而可測量大電流而不需要過大的體積;與帶鐵芯的傳統互感器相比,羅克CT具有測量范圍寬,精度高,穩定可靠等優點,用在ZLB裝置上,可精確測量較大的短路電流。

      羅克CT輸出變比由外部電路和算法決定,因此羅克CT無需單獨校準,而是與控制器聯合校準。

      b、分相控制器

      分相控制器根據羅克CT的信號,通過特殊算法,對短路電流信號處理,可在2ms左右計算出短路電流的周期分量、非周期分量、短路初始角,并結合斷路器的機械固有分閘時間做出適當的延時,控制斷路器在短路電流過零時刻前分閘,實現大容量換流功能。

      c、儲能電容器

      VFC系列“渦流驅動”快速斷路器采用薄膜電容器儲能,作為斷路器的驅動能源,即使外部供電中斷20分鐘以上,斷路器也可完成一次0-C循環操作,規避了電源的穩定性對斷路器動作的影響,同時,薄膜電容的自愈功能及溫度不敏感性都提高了VFC斷路器操作能源的可靠性。

      2、現場操控柜

      現場操控柜為安置于ZLB裝置現場護欄外的就地操控箱柜,集成以下功能:提供換流器的工作電源、換流器的就地操控、換流器狀態量顯示、定值整定、與中控室后臺的通信及大電流換流器的風冷系統等,起到對ZLB裝置就地操控維護及遠程通信數據中轉的作用。

      ■“零前分閘”技術提升快速斷路器的開斷容量

      短路故障時,真空開關分閘,在電流過零前,電流以電弧形式維持。電流是否能被開斷需要以下兩個條件同時滿足:第一、電流過零;第二、電流過零時刻,滅弧室絕緣水平恢復到電弧熄滅時的瞬態恢復電壓(TRV)以上。其中滅弧室恢復的絕緣水平與以下因素有關:觸頭電流過零時刻的開距大??;滅弧室在電流過零前的燃燒量。瞬態恢復電壓與系統參數和弧隙阻抗有關。

      因此,要提高開斷容量,必須控制電流過零前階段的觸頭剛分時刻、剛分速度以及電流過零時刻的恢復電壓。

      1、降低觸頭瞬態恢復電壓

      瞬態恢復電壓是大電流過零時觸頭弧隙間的振蕩電壓,存在時間僅幾十微秒至毫秒,與工頻恢復電壓大小與頻率、電路的阻尼值(如電感、電容和電阻的數值)以及它們的分布情況有關。

      當斷路器弧隙阻抗為無窮大時TRV最大,也即系統固有TRV;當弧隙阻抗減小時,TRV也相應減小,因此,制造斷路器時,人為減少斷路器的弧隙阻抗,可在斷路器開斷時,降低弧隙的TRV。

      2、提高電流過零時刻滅弧室絕緣恢復水平

      a)減小滅弧室燃燒量

      減小真空滅弧室燃燒量可避免集聚形電弧的形成,有利于電流過零時絕緣水平的快速恢復,提高開斷成功率。

      b)提高觸頭剛分速度,加大電流過零時刻的觸頭開距真空滅弧室的絕緣水平即觸頭間的絕緣水平,在觸頭開距小于10mm時,絕緣水平與觸頭開距呈正比。

      在高真空度環境下,絕對平整兩極之間,擊穿電壓達10V/mm數量級,在真空度、觸頭材料、觸頭表面形狀、老練等諸多因素的影響下,觸頭的絕緣水平較理想值有所降低,一切只能依靠實驗。

      因此,提高觸頭的剛分速度,并且精確控制零前剛分時刻,可以保證電流過零時的觸頭開距,剛分速度越高,越有利于絕緣水平的恢復。

      c)出廠大電流老練流程

      滅弧室老練,即通過電弧的灼燒,將出廠時滅弧室觸頭上的晶須燒平,提高觸頭的平整度,以便在實際應用中就已經具備優良的觸頭場強均勻度,保障對開斷成功率。

      因此,MQ-ZLB用VFC快速斷路器,每臺在出廠前都進行1:1模擬現場故障電流開斷試驗,一方面有驗證設備指標的目的,另外就有老練的目的。

      二、型號命名及參數

      ■型號命名

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      ■參數指標

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      ■正常使用條件

      1)環境溫度:-40~50℃,戶外(可戶內);

      2)日平均相對濕度:≤95%;

      3)海拔高度:≤2000m;

      4)安裝地點:戶內、戶外;

      5)地震烈度:不超過8度;

      6)污穢等級:不超過Ⅱ級;

      7)凡超出上述要求范圍之特殊條件,由用戶與制造廠協商確定。

      三、一次接線方案及現場布置示意圖

      ■MQ-ZLB-TY形式(筒式電抗一體)

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      ■MQ-ZLB-TF形式(筒式電抗分體)

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      ■MQ-ZLB-GY形式(柜式電抗一體)

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      ■MQ-ZLB-GF形式(柜式電抗分體)

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      四、典型案例說明

      ■短路電流超標現象

      如下圖,當d點發生三相短路故障時,流過斷路器K的短路電流1。為變壓器T提供的短路電流lar、發電機G提供的短路電流l66、電機群提供的反饋電流l之和,即所有電源提供的短路電流和電動機的反饋電流總和,一旦該值超過斷路器K的額定開斷電流時,稱為短路電流超標。

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      ■典型治理方案一串聯限流電抗器

      電力系統針對短路電流超標的典型治理方案是:在電源的線路上串聯限流電抗器來限制短路電流,如右圖中變壓器線路中的Xm和發電機線路中的Xkc,二者可分別或同時使用,一旦發生短路故障,可將超標的短路電流限制到斷路器K的遮斷電流以內。

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      因此,此種用法的限流電抗器應能長時通流,而且電抗率不宜過大。

      ■串聯限流電抗器的損耗問題

      長時通流電抗器,流過工作電流,不僅產生有功損耗,其無功功率也侵占了電源系統視在功率中的有功部分,降低了電能的利用效率,并且其無功電流在電網上傳輸也會產生線路損耗,依據國標GB12497,一臺10kV-2.5kA/12%的電抗,按照70%的負荷率,年8000小時的綜合損耗計算見下表。

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      ■“爆炸橋”方案的尷尬要求“快速斷路器”

      1、旁路法節能原理

      電抗的損耗相當可觀,于是,出現了爆炸橋并聯限流電抗器的節能方案(見下圖),通過爆炸橋的旁路效果,可消除電抗器長期運行期間的損耗,實現節能。該方案的節能概念很快就被廣大用戶所接受。

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      2、爆炸橋原理

      見下圖,爆炸橋是一種內置炸藥的金屬載流橋體與限流熔斷器并聯的組合電器。

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      其工作邏輯是,由橋體承載工作電流,當d點發生短路故障時,橋體迅速炸斷,將短路電流換入與之并聯的熔斷器中,然后由熔斷器完成短路電流向與之并聯的限流電抗器中的轉換,究其本質來說,爆炸橋是一種額定電流比較大的特種熔斷器。

      3、“節能并不省錢”的尷尬效果

      實際使用證明,爆炸橋的旁路作用可以有效節能!消除了電抗器的無功電流在線路上的損耗,同時解放了電源的有功輸出能力,提高了電能利用效率。

      后來發現,爆炸橋一旦動作后,則必須盡快更換配件,否則電抗器又得繼續耗能,而更換配件還需要支付昂貴的費用,節能省的錢還得花出去,如果多出現幾次短路故障,反而要倒賠,出現了節能但并不省錢的尷尬現象。

      4、“節能并省錢”要求“可反復使用”的旁路設備

      爆炸橋這種“一次性”的使用特點并不符合用戶省錢的需求,但節能又勢在必行,因此,需要一種與爆炸橋相當的可反復使用的電抗器旁路設備來替代爆炸橋。

      既然是可反復使用的,又得起到旁路作用的,從特征上來看,這種設備只能是斷路器。首先,這種斷路器必須分閘快,快到能在常規斷路器滅弧室觸頭出現剛分之前就能完成電流轉換;其次,要開斷能力強,強到可以開斷沒有被電抗器限制的超標的短路電流。

      5、“快速斷路器”的兩個重要指標

      快速斷路器除了應滿足常規斷路器的所有要求外,還應具備以下重要指標:

      a)開斷時間:<20ms(判斷時間、固有分閘時間和燃弧時間)

      b)額定短路電流開斷能力:40~100KA

      ■理想的“開關式節能型限流器”方案

      以快速斷路器為主要元件,配合快速測控裝置,形成一個可反復使用的“快速換流器”,與限流電抗器并聯,組成一種可反復使用的開關式節能型限流裝置。

      五、使用維護

      1、設備安裝前,須完成必要的基礎建設和線纜敷設;

      2、開箱檢驗,無損壞,方可就位安裝;

      3、須按照《調試大綱》進行必要的投運前試驗,并提交《調試報告》;

      4、合格后方可投運,并提交《投運報告》;

      5、正常運行過程中,按照《檢修維護規程》進行維護。

      六、訂貨須知

      1、訂貨前,應明確“限前短路電流”及“限后短路電流”,需提供“短路電流計算書”或必要的系統參數(一次系統單線圖、額定電壓、額定電流、短路阻抗、線路阻抗、系統短路容量等);

      2、明確設備安裝場及空間位置;

      3、裝置及備品的型號、規格和數量;

      4、有無重合閘配合要求以及重合閘時間間隔;

      5、裝置使用在特殊環境條件下,應在訂貨時詳細說明;

      6、其他特殊要求。

      七、包裝、運輸、儲存

      1、一般采用木箱包裝,裝置固定在包裝箱的底座上。

      2、不得在三級以下公路上長距離運輸,必要時,可分解包裝。

      3、長期不用時,應存儲在干燥、通風的倉庫內,不宜長期在戶外儲存。

      4、運輸過程中裝置應避免碰撞、受潮及暴曬。

      八、質量保證與售后服務

      1、質保期為交貨后18個月或投運后12個月,以先到為準,質保期內免費維護,質保期外有償服務,終身保修。

      2、我方派專業人員配合用戶在進行投運前現場試驗。

      3、質保期內發生質量問題,除免費維修外,維修部件質保期按修復后重新計算。

      九、MQ-ZLB裝置使用相關問題與解答

      ■MQ-ZLB是否對原系統繼電保護定值產生影響?

      不會產生影響。MQ-ZLB裝置的作用是,當且僅當系統出現了超標的短路電流時才會動作,而且一般將超標的短路限流限制到普通短路器的遮斷電流的0.8倍,保障故障線路斷路器的可靠開斷,因此,即使MQ-ZLB投入后,短路電流也足夠大,不會影響到原系統繼電保護定值的靈敏度。

      ■MQ-ZLB換流器動作后會不會造成不平衡?

      MQ-ZLB當且僅當系統發生短路故障時才動作,尤其是兩相短路故障時已經造成了不平衡工況,因此,此時已經不考慮平衡問題,而是需要盡快結束這種故障現象,限流裝置的投入不僅限制了故障電流,而且有利于斷路器切除故障,只有好處,沒有壞處。

      ■MQ-ZLB能否配合線路重合閘?

      若重合閘期間,MQ-ZLB無電流流過,只要調整返回策略為延時返回即可;若有電流流過,則必須增加分合閘電源的數量,以便配合重合閘的時間間隔。

      尤其是電網用戶,一般有重合閘需求,因此,在訂貨時,需要聲明有無重合閘配合要求,且重合閘時間是多少。



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