大容量高速开关装置的某水泥厂余热发电改造工程中的应用

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ｄ Ｉ Ｓ ４ 吏孟 接地端 １ １ ． ５ ０ 器 ８ ０ 变压 地端 ｉ 器接 ８
合计 ５ ｉ（ ０ ６ ０ ８ｉ ６ １ ０ ３ ７ ５ ６３ ０ ８ ３ ０ ７ ８ ｉ ；
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１项 目背 景 某水 泥 厂利 用 自身 新 型 干法 熟 料 生产 过程 排放 的废气 和余 热 进行 发 电 ，使 能源 利 用 率 提高 到 ９ ％以上，有 利于减少废热对 环境 ５ 的污染， 也有利缓 和地方 电在用电 高峰 期 间 出现的 的 电力供 应不 足 的压力。 该项 目利 用 ３条 日产 ５ ０ｔ ０ ０／ ｄ 熟料生产 线进 行余 热发 电改造， 引 进 国际先 进水 平 的 日本川 崎公 司 余热 锅炉 核 心技 术和 较先 进 的热 符号说明： ＱＦ为 断 路器 、 ＱＳ为 隔 离开 关 、 Ｓ Ｆ Ｒ为 力系统设计。 根据可 回收余 热量 ， 建 符号说Ｉ ： ｔ ＱＦ为断路器 、 ， Ｅ Ｊ ＱＳ为隔离开关 大容量高速开关装置 设 ６台余热 回收利用锅炉，配 １ 台 图 １接入系统前 图 ２ 接入系统后 额定 功 率 ２ Ｍ 的混 汽凝 汽式 汽 轮发 电机 组 ，发 电机 额定 电压 装 限流电抗器 的要求。 ７Ｗ
・
４ ・ ６
科 技 论 坛
表 １变低和分段开关详细参数
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表 ３ 短 路 电流 计 算 结 果
短路 流 结 电 计算 果
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科 技 论 坛
・ ５・ ４
大容量高速开关装置 的某 水泥厂 余热发 电改造 工程 中的应用
陈绵 钻
（ 清远 电力设 计有 限公 司， 东 清远 ５ １ １ ） 广 １５ ７
摘 要： 根据 改造项 目中原 有高压开关开断容量不足的情况 ， 绍其解决方案及 方案 中的 大容量 高速开关装置的原理 、 介 特点 与实际 应 用情况 ， 并介绍 了各 项参数选择 的原则 。 关键词 ： 大容 量高速 开关； 参数 选择 ； 应用 ； 断容量 遮
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流为 ３． Ａ 最 大运行 方式下 ， 电机提供 最大短路 电 流 １ｋ ， ５ 发
为 ２ ．３ Ａ，短路点设置不 同将导致分段 断路器流过短路 ３１ｋ 电流有效值 ３ ． ｋ ０３ Ａ或 ５ ．８Ａ６ Ｖ馈线短路 电流最大 短 ５ ３４ ｋ ，ｋ
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一
路流 ８． ｋ ， ３ ２Ａ考虑到 ６Ｖ馈线故 障关合能力和额定短路开 ４ ｋ 断能力均不 能满 足要求 ， 以选 取 Ｆ Ｒ额 定开 断 电流 为 所 Ｓ １０ Ａ 。动作 电流主要用 于电流变华率 的计 算 ， 厂家推 ０ｋ 经 荐值， ＝３ ．ｘ Ｏ ＝ｌ ． 五 。 １ １ ５％ ５ ５７ ５
Ａ ｓｒｃ ：ｒａｉｇ ｔｅｉｓｆｃｅｔｃｐ ｃｙ ｈｇ ｏｔ ｅ ｓｉ ｈ ａｃｒｉ ｏｔｅ ｏ ｇｎｌｒｎｖｔ ｎ ｐｏｅｔ ｎ ｏ ｕｅ ｈ ｒ ｃ ｌ ｂ ｔ ｔＢｅｋｎ ｎｕ ｉｎ ａ ａｉ ， ｉ ｖｌ ｇ ｗｔ ｃｏｄｎ ｔ ｈ ｒ ｉａ ｅｏａｉ ｒｊｃ ａ ｈ ｉ ｆ ｔ ｈ ａ ｃ ｇ ｉ ｏ ，ｉｔ ｄ ｃｄ ｔｅｐ ｎ ｉ ｅ ｒ ｉ ｐ
２ 问题 的 提 出 ４１ 置 组 成 ．装
大容量高速开关 装置如图 ３中虚线框所 示，它由载流桥体 Ｆ 、 ｓ １Ｏ Ｖ总降 ６ Ｖ侧变低开关 、 ｋ ｌ ｋ 分段开关 和馈线 开关 采用 ６千伏 Ｕ、 Ｒ及测控单元组成， 简称 Ｆ Ｒ Ｓ。 Ｖ１ Ｓ 系统真空断路器， 其详细详数如表 １表 ２短路电计算 ， 、 ， 见表 ３ 高压 限流熔断器 Ｆ 非线性 电阻 Ｆ 。 ４２装 置 原 理 ． 从 以上短路 电流计算（ ３中可看 出， 改造后将加大 １Ｏ Ｖ 表 ） 工程 ｋ ｌ 正 常运行 时， 由于 Ｆ ｓ与 Ｆ Ｕ阻抗相 比为 １： ００因此正常运行 ２０， 总降压站 ６ Ｖ母线短路 电流水平，ｌｋ ｋ １Ｏ Ｖ总降压站的 （ ３中 ｄ ） 表 ２发 的工作 电流经 Ｆ ｓ流过。 生三相短路时存在下 列问题： 当系统发生短路时， 测控单元检测 电流和 电流变化率 同时超过 ①６ｖ侧馈线开关遮 断容 量不 足， ｋ 不能 开断短路 电流。 目前， ６ 判断为短路故障发生， 向 Ｆ 发 出分断信号 。Ｆ 接到测 并 Ｓ ｓ ｋ Ｖ馈线开关 柜真空 断路器最 大开断 电流为 ８ Ａ 因此， ０ｋ ， 增大开关 设定值 时， 控单 元的分 断命令后在 Ｏ１ ｓ 内爆破断开，Ｆ ．５ ｍ 之 ｓ断开后 全部短 容量也不能解决现有问题 。 Ｕ使 Ｕ在 ０ ｓ ． ｍ 内熔断， 生足够的弧压。Ｆ ５ 并产 Ｕ ②利用主 变或发电机 出 口断路器切 断高压厂变 系统的短路 电 路 电流转 移到 Ｆ ， Ｆ 断开 时产生的弧压使 Ｆ Ｒ导通， 吸收 Ｆ Ｕ开断后 产生 的电弧能量及 电 流， 因断路器的开断时间长（ ～ ４ ｓ会对主变及发电机产生故 障 ８ １０ｍ） ｏ ， 使 Ｕ顺利熄 弧， 并把断开时 的过 电压 限制在 国家标 冲击， 危害主设备安全。因厂用 电系统故障将引起主变压器停运， 源注入的能量 ， Ｆ 对 准规定 的 ２５ 相电压范 围内。 ．倍 系统方式影响较大。
１ ．７ ｉ ６ ８ １ Ｓ９ ２ ２ ０３ １ ５ ０ ６ ３４ ０ ６ ｛ ５０
则 。一 次 系统 接 线 图（２点相 短 路 Ｉ＝ ３４ｋ ） Ｆ Ｒ安 装 ｄ ｋ ８． Ａ和 Ｓ ２ 『 见 图 ２ 发 电机 出 口安 装 Ｆ Ｒ 主要 目的 是 为 了 短 路 时 立置 ， Ｓ 短时间切断发 电机 提供短路 电流， Ｖ母线 分段处 Ｆ Ｒ主 ６ ｋ Ｓ 要 目的是 为了短路 时短 时间解列，改变变压器并列运行 方
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式， 保证短路 电流 在设 备额定开断短路 电流 内， 其参数 的选
择应 遵 照 如 下 原 则 。 ５２１ 定 电 流 ． 额 ．
按照设备安装处 系统 的额定电流并考虑一定 的裕度 ， 额
定 电 流均 选 择 ４ ０ Ａ ００ 。 ５２２开断电流及动作电流 ．． 发 电 机 出 口断 路 器 及 变 电站 ６ Ｖ 分 段 开 关 为 Ｖ １型 ， ｋ Ｓ 其开断电流为 ５ Ａ， ０ ｋ 变电站 出线开关为 Ｖ １ ， Ｓ 型 其开断 电
Ｋｅ ｒ ｓ： ｉｈ ｃ ｐ ｃｔ ｎ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｃ ｒ ｕｔ ｂ ｅ ｋ ｒ ｐ ｒ ｍｅｅ ｅ ｅ ｔ ｎ； ｐ ｌ ａｉ ｎ； ｔｒ ｐ ｉ ｇ ｃ ｐ ｃｔ ｙ ｗｏ ｄ ｈｇ ａ ａ ｉ ａ ｄ ｈ ｇ ｐ ｅ ｉ ｉ ｒａ ｅ ； ａ ａ ｔｒ ｓ ｌ ｃｉ ａ ｐ ｉ ｔ ｙ ｃ ｏ ｃ ｏ ｉ ｅｒ ｔ ａ ａ ｉ ｎ ｕ ｎ ｙ
如 果 分 段 处 和发 电机 出 口处 安 装类 似 国外 （ Ａ Ｂ公 司 、 如 Ｂ ６ｋ ． Ｖ。每吨熟料 发 电量设 计为 ３ ． ／ ３ ７ Ｗｈｔ ９ ，年设计 发 电量 ２７ ０万 ００ Ｓｅ ｅ ｓ ｉ ｎ 公司） 发出基 于高温超导 材料 的超导故障限流器（Ｔ Ｆ ｍ 开 Ｈ Ｓ— ｋ ， 向水泥生产装 置供 电量 约为 １２ １ ｋ 。 Ｗｈ每年 ９ ５ 万 Ｗｈ Ｌ， 动作时间仅为几毫秒 。 由于价格昂贵， 但 应从经济性能方面， 这并 该 水泥厂在本余 热发 电改造前 ，已建一座 １Ｏ Ｖ ６ ｋ ｋ ／． Ｖ总降压 Ｃ ） ｌ ３ 站接入 电 网的 １０ Ｖ系统 降压供 电，主变容 量为 ２× ５ Ａ ｌＸ 不是 最 佳 选 择 。 １ｋ ３ ＭＶ ＋ 所 以就把 目关 转向 国内最新 研发 的采 用爆炸式快 速开 断载流 ２ Ｍ Ａ，ｌｋ ０ Ｖ １Ｏ Ｖ总降容 量为 ９ ＭＶ １Ｏ Ｖ总 降压 站正 常负荷 包 括 ０ Ａ；ｌｋ 高 熟料生产线 、 矿山用 电， 负荷共计约 ５ Ｍ 余热 发电机组建 成 桥体与高压限流熔断器 、 吸能氧化锌 电阻相组合 的新型大容量高 最大 ７ Ｗ， ＦＲ， 该装置具 有额定 电流大（２ ｋ ）断 流能力强（６ １ Ａ 、 １０ 后， 出电量约 ２ ．Ｍ 通过系统专业综合评估， 系统方案 为发 速开关装 置（ｓ ） 发 ５５ Ｗ， 接入 Ａ、 ３ ｌ 内切断故障） 等卓越性能。相对其 它方案它既 电机组 以机端 电压 ６ Ｖ采用组合裸导线直接接 人 １Ｏ Ｖ总 降压 站 ｋ ）开断速度快（ ｍｆ ｋ， ｋ ｌ 施工条件 的要求， 又能很好的经济性 能。 ６ Ｖ母线， ｋ 并拆除 ３ ＃主变， 了更 好的分配 电能， 为 需将原 ｌ 舟主变 、＃ 能满 足场地 、 ２ ４ 大容量高速关装置 Ｆ Ｒ工作原理及特点 Ｓ 主变和发电机组并列运行 。接人 系统前后简 图详见图 １ 和图 ２ 。
３ 解 决方 案 ４３装 置 特 点 ．
① 速动性提高 ２ 倍 以上 ０ 为 了解决 ６ Ｖ馈线开关遮断容量不足 的问题， 考虑 既要 满 ｋ 主要 故 障电流在 ｌ ｓ 内被截流，ｍ 之内衰减到 ０ ｍ之 ３ｓ ，故障被完全切 足达到限定短路 电流 目标 ， 又要考虑方案会受 改造工程 的储 多实 际 除，而常规 断路器加 继电器的保护方式至少要 ６ ｍ 才能完全切除 ０ｓ 因素 口 场所 、 费用 、 施工条件 、 工期等） 的制约和影 响； 如果采用在分段处 和发 电机 出 口处各安装一 台限流 电抗器， 故障。 但 Ｆ Ｒ的快速性， 障切 除的时间大大缩短（ Ｓ 使故 小于 ３ｍｓ更能有 ） ， 是不仅考虑到 限流 电抗 长期 运行 耗能较大， 现有 场地满足不 了安 且 作者简介： 陈绵钻（９ ８ ） 籍贯 ： １７ 一， 男， 广东省汕尾 市， 本科， 多年的 电力工程设计工作 。 从事