高速开关在钢厂自备电厂中的应用

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工程应用，业主反映其运行及开断均可靠。
高速开关FSR一次回路由桥体FS、高压熔断器FU及过电压保护器FR组成，并配置有测控单元、专用电流互感器、脉冲变压器等监控元件。FSR并联限流电抗器XL后串接于发电机出口或发电厂高压厂用电进线或中压配电网母联等回路，正常时高速开关FSR闭合，限流电抗器XL被短接，发电机发出的电流由高速开关桥体FS承载流入电力系统。当电力系统某处发生短路时，在短路初始阶段， FSR的测控单元对流过其的短路电流瞬时值（id）及短路电流上升速率（id/it）进行判断，当两者均超过设定值时迅速动作，使得高速开关桥体FS经1mS左右快速开断并同时将短路电流转移至高压熔断器FU回路，在短路电流作用下经2mS左右高压熔断器FU熔断，短路电流被转入与FSR并联限流电抗器XL回路，使后者在极短的时间内串入一次电路中（此时流过电抗器的短路电流尚处于上升而远未达到预期短路电流的峰值，两者之比约为1/10～1/5），使得电路短路阻抗增大，短路电流随之变小限制在各相关断路器开断范围内，并由故障线路继电保护动作，由其断路器切除故障线路，电力系统恢复正常运行。
图3 高速开关开断短路电流的电气特性曲线
（1）系统最大运行方式下预期三相短路电流曲线；
（2）短路电流在FSR中衰减曲线；
（3）FSR启动电流值i=I limit
（4）峰值为√2xIdz电流曲线
（5）系统实际动作电流曲线的电流增长率切线
t0：短路电流达到动作值所需时间
t1：电流截止时间
t2：电流衰减到零的时间
ip：截止电流
电力系统的主要元件基本由感性、容性及阻性设备组成，绝大多数为感性元件，一旦出现开断感性负载的线路或元件时，其内储存的电磁能将通过断路器或熔断器的端口以电弧能的型式释放，若此能量太大，势必会造成断路器灭弧室或熔断器壳体的压力超过其可承受的极限而发生爆炸。采用金属氧化锌避雷器与熔断器并联，可由高压熔断器FU产生的弧压将避雷器非线性电阻FR导通，吸收剩余能量并保证FU可靠熄弧。
3 高速开关FSR及并联限流电抗器的参数设计
3.1 FSR的参数设计
3.1.1 FSR的参数设计
额定电压 Ue=10kV
额定电流 Ie=2500A
启动电流 i limit=5kA
动作电流 i dz=10kA
电流增长率 di/dt=4 A/us
3.1.2 FSR的动作条件
FSR动作取决于启动电流i limit及电流增长率 di/dt，当两者均超过设定值时，FSR才会动作。
3.1.3 FSR的截流时间及截止电流
流过FSR的最大三相短路电流 i =36.29√2sin18t
装置运算时间 t0=0.242mS
截流时间 t1=0.842 mS
截止电流 ip=15.39 kA
3.1.4 FSR的配置及结构
大容量高速开关装置FSR基本配置：
FS载流桥体 2500A 10kV
FU限流熔断器 10kV 环氧管
FR氧化锌组件 U1mA=14.07 kV
专用电流互感器 3000：2
专用脉冲变压器 MBJ2-20
柜内微机型测控单元 FSR-ZK
3.2 并联限流电抗器XL参数
额定电压 Ue=10kV
额定电流 Ie=2500A
电抗率 XL=10%
4 高速开关动作与继电保护的配合
对于一次回路中串接高速开关的电力系统，高速开关的开断电流设定值应与相关线路的继电保护动作设定值进行有效配合，以满足继电保护的选择性及供电连续性的要求。在发电厂电气主系统中，当发电机出口、发电机电压母线或低压厂用变压器高压侧等处发生短路时，由于短路阻抗较小，流经高速开关FSR的短路电流（id）较大且短路电流上升速率（id/it）较高，一旦达到设定值，高速开关FSR迅速动作开断，投入电抗器，故此时高速开关FSR的电流动作值应按小于与之串联的发电机出口断路器额定开断电流值，以保证发电机出口断路器不会开断超过其额定开断电流的故障电流；当在厂用变压器低压侧发生短路时，由于短路阻抗较大，流经高速开关的短路电流（id）较小且短路电流上升速率较低（id/it），高速开关不应动作，而应由相关厂用变压器高、低压侧断路器动作切除故障。
5 结束语
大容量高速开关FSR具有额定电流大，开断能力强、切除速断快，对于维持电力系稳定、保证设备安全、减少电气设备投资及经济运行都有重要意义。
但该接线方案尚存在一些难以克服的缺点，如当高速开关动作后，其桥体、高压熔断器均须重新更换，需要增加投资，并且有一定的发电机停电修复时间。高速开关开断的稳定性及安全性也需经工程实践进一步验证。
【参考文献】
[1]张慕良.自备电站[M].北京：化学工业出版社，1989.
[2]张慕良.企业小型热电站电气设计[M].水利电力出版社，1989.
[3]王川.FSR大容量高速开关装置[Z].合肥：安徽徽电科技股份有限公司，2012.
[责任编辑：薛俊歌]