龍文輝，曾維旭

（華菱漣鋼能源中心，湖南婁底 417009）

前言

鋼鐵企業(yè)隨著產(chǎn)能逐步增加，電力系統(tǒng)也在逐步擴(kuò)大，特別是大的發(fā)電機(jī)組、高爐風(fēng)機(jī)、制氧機(jī)、以及異步電機(jī)的普遍運(yùn)用，以往很多變電站在斷路器遮斷容量的選擇上只考慮當(dāng)時(shí)負(fù)荷情況下的短路容量，隨著技改、產(chǎn)線、品種升級(jí)，對(duì)電氣系統(tǒng)提出了更高的要求。限制短路電流，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，在系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)降本增效，是一個(gè)引人關(guān)注的問(wèn)題。

1 運(yùn)行方式及需解決的問(wèn)題

漣鋼Ⅱ站220 kV系統(tǒng)共5臺(tái)主變，兩回220 kV進(jìn)線，一回220 kV聯(lián)絡(luò)線，采用雙母接線，1#、2#主變?nèi)萘糠謩e為 40 MVA，主供 6 kV 負(fù)荷，3#、4#、5#主變?nèi)萘糠謩e為150 MVA，向35 kV系統(tǒng)和10 kV系統(tǒng)供電，全站總?cè)萘繛?30 MVA，通過(guò)該站并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量為23.5 MW，除干熄焦發(fā)電通過(guò)10 kV變壓器降壓后在6 kV上網(wǎng)，其余發(fā)電量均通過(guò)10 kV和35 kV上網(wǎng)。

為達(dá)到引進(jìn)新技術(shù)、新產(chǎn)品，秉著電氣系統(tǒng)兩眼向內(nèi)，挖潛增效為目的，擬將2臺(tái)40 MVA的主變從220 kV系統(tǒng)退出，其6 kV電源由就近的10 kV站通過(guò)降壓變實(shí)現(xiàn)。目前2臺(tái)主變的總負(fù)荷約為40000 kW左右,“三供一業(yè)”將生活用電負(fù)荷移交后，6 kV系統(tǒng)負(fù)荷約為25000 kW，6 kV系統(tǒng)采用單母分段運(yùn)行，2臺(tái)主變均輕載運(yùn)行，極不經(jīng)濟(jì)。因此，退出1#、2#主變運(yùn)行成為關(guān)注的問(wèn)題。退出主變運(yùn)行后，一方面，可減少購(gòu)電成本，減少基本容量費(fèi)，預(yù)計(jì)全年可節(jié)省購(gòu)電成本約1152萬(wàn)元；另一方面，可減少變壓器輕載所產(chǎn)生的損耗；第三，可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷有效調(diào)節(jié)，減少有功倒送。

根據(jù)上述情況我們繪制了即將進(jìn)行技改部分的一次主接線簡(jiǎn)圖，如圖1所示。

2 退出漣鋼Ⅱ站1#、2#主變方案設(shè)計(jì)

根據(jù)廠內(nèi)負(fù)荷的調(diào)整情況，計(jì)劃取消T1和T22臺(tái)220/10/6 kV主變。

利用干熄焦發(fā)電2臺(tái)10 kV降壓變，由發(fā)電二車間高壓室提供兩路10 kV電源經(jīng)電纜連接至干熄焦進(jìn)線電纜處，通過(guò)干熄焦2臺(tái)25000 kW的降壓變壓器帶6 kV所有負(fù)荷，采用三差保護(hù)作為線路主保護(hù)，發(fā)電二車間10 kV三段母線均分段運(yùn)行，干熄焦發(fā)電機(jī)在發(fā)二的10 kVⅠ段上網(wǎng)，并將4#發(fā)電機(jī)接入煤氣發(fā)電的10 kVⅡ段。

圖1 一次主接線簡(jiǎn)圖

調(diào)整后的一次主接線圖如圖2所示。

圖2 調(diào)整后一次主接線簡(jiǎn)圖

3 短路電流計(jì)算

3.1 基本資料

（1）1#2#升壓變：

變比：37/10.5；

額定容量：63 MVA；

阻抗百分比：15.2。

（2）1#發(fā)電機(jī)：

額定容量：35.29 MVA；

功率因數(shù)：0.85；

超瞬變電抗：13.1%。

（3）2#發(fā)電機(jī)：

額定容量：37.5 MVA；

功率因數(shù)：0.85；

超瞬變電抗：13.1%。

額定容量：33.5 MVA；

功率因數(shù)：0.85；

超瞬變電抗：21.4%。

（5）4#發(fā)電機(jī)：

額定容量：29.4 MVA；

功率因數(shù)：0.85；

定向醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的得分為(4.373±0.043)，接近中等臨界值。在各個(gè)維度上的由高到低依次為物質(zhì)追求(4.693±0.057)、求知進(jìn)取(4.672±0.056)、社會(huì)取向(4.354±0.068)、小群體取向(4.337±0.055)、個(gè)人成就(4.058±0.067)和害怕失敗(4.058±0.067)。在各維度得分高低的排列順序上與劉洋的相關(guān)研究一致[4]。(見(jiàn)表1)

超瞬變電抗：11.88%。

（6）干熄焦發(fā)電機(jī)：

額定容量：25 MVA；

功率因數(shù)：0.8；

超瞬變電抗：14%。

（7）限流電抗器：

額定電流：2500 A；

電抗率：12%。

3.2 發(fā)電廠接線方式調(diào)整后的短路電流

取基準(zhǔn)容量Sj=100 MVA，基準(zhǔn)電壓：Uj10=10.5 kV，Uj6=6.3 kV，為便于計(jì)算發(fā)電廠35 kVⅣ段、35 kVⅤ段及35 kVⅢ段短路電流按無(wú)窮大考慮，10 kV母線及6 kV母線段均按分列運(yùn)行。

短路等值阻抗圖如圖3。

圖3 短路等值阻抗圖

根據(jù)圖3，10 kVⅠ段、Ⅱ段的短路電流計(jì)算均超出31.5 kA，短路電流已超出支路開(kāi)關(guān)遮斷容量極限，將無(wú)法開(kāi)斷，必須加裝限流措施以減低短路電流對(duì)系統(tǒng)和主變的沖擊可能產(chǎn)生的危害，達(dá)到延長(zhǎng)主變壽命、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。

4 短路電流超標(biāo)的治理方法

目前國(guó)際國(guó)內(nèi)普遍采用的方法一是選用遮斷容量大的斷路器；二是加裝快速限流裝置。但更換遮斷容量大的斷路器費(fèi)用普遍偏高，且可選擇面比較狹窄，改造工作量大，對(duì)鋼鐵企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)不適用?？焖傧蘖餮b置，安裝比較靈活，且費(fèi)用相對(duì)較低，改造周期短。目前其主流產(chǎn)品為爆炸式開(kāi)斷裝置與限流電抗器并聯(lián)和快速斷路器與限流電抗器并聯(lián)，兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）爆炸式開(kāi)斷裝置與限流電抗器并聯(lián)：

優(yōu)點(diǎn)：電抗器無(wú)損耗、無(wú)壓降，短路故障，快速投入電抗器限制短路電流。

缺點(diǎn)：動(dòng)作后需更換橋體，費(fèi)用約在20～30萬(wàn)之間，更換橋體期間，電抗器一直投入系統(tǒng)運(yùn)行，故電抗率不可以做得很大，一般在6%～14%；運(yùn)行維護(hù)成本高；爆炸式開(kāi)斷裝置與限流電抗器為分體式結(jié)構(gòu)，占用空間大。

（2）快速斷路器與限流電抗器并聯(lián)（零損耗深度限流裝置）：

優(yōu)點(diǎn)：電抗器無(wú)損耗、無(wú)壓降，短路故障，快速投入電抗器限制短路電流；無(wú)需后期運(yùn)行維護(hù)成本；并聯(lián)電抗器電抗率可以任意調(diào)整，限流比高；一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，占用空間小。

缺點(diǎn)：電抗器投入最長(zhǎng)時(shí)間只能維持3 s。

結(jié)合爆炸橋式快速限流裝置及零損耗深度限流裝置的相關(guān)優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合我廠實(shí)際，最終選用零損耗深度限流裝置。

零損耗深度限流裝置原理見(jiàn)圖4。

（1）正常運(yùn)行期間

VFC處于合閘位，換流器承載線路工作電流，ZLB呈零阻抗?fàn)顟B(tài)，表現(xiàn)為零損耗，無(wú)壓降，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)污染。

圖4 零損耗深度限流裝置原理

（2）線路發(fā)生短路故障時(shí)

當(dāng)且僅當(dāng)分相控制器通過(guò)羅克CT信號(hào)檢出了超過(guò)ZLB啟動(dòng)定值的超標(biāo)短路電流時(shí)，命令VFC及時(shí)分閘，ZLB裝置可在20 ms內(nèi)投入限流電抗器而呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，將短路電流限制在預(yù)期值以內(nèi)，確保常規(guī)斷路器可靠開(kāi)斷短路故障。

（3）短路故障排除情況

①若分相控制器通過(guò)返回CT檢出的電流小于返回定值時(shí)，說(shuō)明短路故障已排除，命令VFC及時(shí)合閘，ZLB裝置可在20 ms內(nèi)旁路限流電抗器而呈零阻抗?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)即可恢復(fù)正常運(yùn)行。

②若分相控制器通過(guò)返回CT檢出的電流達(dá)不到返回定值時(shí)，說(shuō)明系統(tǒng)沒(méi)有排除短路故障，也即VFC一直處于分閘狀態(tài)，達(dá)到2 s時(shí)間，為自我保護(hù)，命令VFC合閘，此功能也作為ZLB誤分之后的自愈保護(hù)。

5 采用零損耗深度限流裝置的短路電流計(jì)算

目標(biāo)限流值：將各短路點(diǎn)的短路電流限制在25 kA左右。

在發(fā)電廠1#升壓變、2#升壓變加裝阻抗為0.4124 Ω零損耗深度限流裝置（已下簡(jiǎn)稱ZLB），按3500 A折算電抗率為25%；在4#發(fā)電機(jī)出口側(cè)加裝阻抗為0.6235 Ω零損耗深度限流裝置，按2500 A折算電抗率為27%。

加裝ZLB后一次主接線圖如圖5。

加裝限流電抗器后短路等值阻抗圖如圖6。

圖5 220 kV站發(fā)電廠加裝限流措施后的一次主接線簡(jiǎn)化圖

圖6 短路等值阻抗圖

根據(jù)圖6，10 kV側(cè)的d2、d4和d5點(diǎn)短路時(shí)，短路電流均已控制在最小支路開(kāi)關(guān)31.5 kA遮斷容量之內(nèi)，并均具備了一定的設(shè)計(jì)冗余，滿足了開(kāi)斷要求，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性和安全性。

最終根據(jù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算，我們作了選型：

升壓變低壓側(cè)ZLB型號(hào)：ZLB-10 kV-4000 A/50 kA-0.4124 Ω。

4#發(fā)電出口側(cè)ZLB型號(hào)：ZLB-10 kV-3150 A/50 kA-0.6235 Ω。

6 結(jié)論

運(yùn)用零損耗深度限流裝置，在滿足快速投入電抗器，限制短路電流的同時(shí)，退出了漣鋼的1#、2#主變，減少了購(gòu)電成本1152萬(wàn)元，經(jīng)過(guò)此次運(yùn)行方式的改變，可有效地對(duì)發(fā)電負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少有功倒送，一并解決了變壓器輕載運(yùn)行的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高壓供電系統(tǒng)挖潛增效。

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