V F C 快速斷路器在T R T 中的應用實踐

陳 均 趙澤文 黃振禮 劉東曉

隨著我國鋼鐵工業(yè)不斷進步、電能需求不斷提升，大型同步電動機、發(fā)電機的應用面更廣，對供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、連續(xù)性、可靠性提出了更高的要求。因為一旦發(fā)生大面積停電事故，就可能導致嚴重的經濟損失，甚至造成危及人員及設備安全的事故。為避免和降低相關問題的出現幾率，為企業(yè)安全生產提供保障，減少經濟損失，需要加強供配電系統(tǒng)的建設與改造，與實際效果相結合，將相關問題作出預判，并提出全面解決的方案。

1.VFC快速斷路器開關的特點

高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（Blast Furnace To p Gas Recovery Turbine Unit，以下簡稱TRT），是利用高爐冶煉的副產品——高爐爐頂煤氣具有的壓力能及熱能，使煤氣通過透平膨脹機做功，將其轉化為機械能。TRT工藝流程是：高爐產生的煤氣，經重力除塵器、干法布袋除塵，進入TRT裝置。經入口電動碟閥—入口插板閥—調速閥—快切閥，經透平機膨脹做功，帶動發(fā)電機發(fā)電，自透平機出來的煤氣進入低壓管網，與煤氣系統(tǒng)中減壓閥組并聯。發(fā)電機出口斷路器連接于煉鐵廠10KV主站系統(tǒng)母線與電網，當TRT運行時，發(fā)電機向電網送電；當高爐短期休風時，發(fā)電機不解列作電動運行。TRT裝置由透平主機、大型閥門系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、氮氣密封系統(tǒng)、高低發(fā)配電系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)八大系統(tǒng)部分組成。

1.1 存在問題

煉鐵廠TRT發(fā)電系統(tǒng)采用西安陜鼓透平機和南洋防爆大型同步發(fā)電機（3MW）。發(fā)電機在運行中存在的技術問題亟待解決。

（1）煉鐵廠1號110KV變電站系統(tǒng)建設規(guī)模大，大型變壓器、同步電動機、同步發(fā)電機應用廣泛，網絡系統(tǒng)容量大，一旦系統(tǒng)發(fā)生短路故障，將會產生較大的短路電流。

（2）大型同步發(fā)電機一旦發(fā)生短路故障，應在限制系統(tǒng)短路電流的同時，快速使發(fā)電機解列，脫離電網，以保證配電系統(tǒng)安全。短路故障設置功能必須在設計時有預設。

（3）發(fā)電機出口若使用普通真空斷路器，短路電流容量有限，且斷開時間長（40～65ms），很容易發(fā)生大面積停電事故，嚴重時會引起整個配電系統(tǒng)癱瘓，造成無法估量的后果。

（4）要解決系統(tǒng)短路電流超標，重視斷路器安全開斷能力不足的問題。

1.2 要重視系統(tǒng)短路電流計算

（1）系統(tǒng)中假設110KV母線側發(fā)生短路。

（2）系統(tǒng)中假設10KV母線側發(fā)生短路。

（3）系統(tǒng)分別統(tǒng)計計算三相短路電流、單相短路、兩相短路、兩相對地短路容量及短路電流值。

2.VFC快速斷路器的零損耗深度限流裝置

ZLB系列零損耗深度限流裝置（以下簡稱ZLB裝置），是由換流器、限流電抗器并聯而成的開關設備（見圖1），再經由K1、K2點串接在供電線路中。其中換流器是以加拿大Max-Swi公司制造的VFC系列“渦流驅動”快速斷路器為主要元件，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”在發(fā)電機正常運行時被接入換流器，旁路處于退出狀態(tài)，損耗為零，僅在短路故障時才投入，故障解除后再自動退出。

圖1 ZLB系列零損耗深度限流裝置示意圖

配置于TRT發(fā)電機出口斷路器，當系統(tǒng)發(fā)生嚴重斷路時，能有效治理短路電流超標現象，保護供電網絡安全，避免由于普通高壓斷路器無法開斷極限短路電流，而造成系統(tǒng)不可預測的毀滅性破壞的風險。

3.使用效果分析

從圖2 中可以看出三相短路電流最高達到37.712KA，需要選擇分斷能力40KA及以上斷路器，才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。但由于普通真空斷路器分斷時間較長（40ms～65ms），當發(fā)電機出現短路故障時，不能在一個周期內分斷解列電網，可能造成越級跳閘或更大范圍內跳閘停電事故，同時也不利于保護發(fā)電機本身。采用以加拿大Max-Swi公司制造的VFC系列“渦流驅動”快速斷路器，該斷路器分閘時間小于5ms、合閘時間小于15ms，能在一個周期內實現分合閘，能有效保護發(fā)電機及電網安全，使配電系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

圖2 VFC系列“渦流驅動”快速斷路器工作示意圖

4.結束語

煉鐵廠內分布著大量一、二級供電負荷，對供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性要求極高。保證供配電系統(tǒng)設備穩(wěn)定運行，減少異常停電導致的重大經濟損失、人身安全事故，是企業(yè)技術人員義不容辭的責任和使命。在科技發(fā)展日新月異的今天，企業(yè)技術人員必須緊跟科技進步的浪潮，不斷創(chuàng)新求進，增強駕馭先進設備的能力，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經濟效益。