大容量高速開關裝置（FSR）的原理分析及應用探討

以一臺12kV/1500A，電抗率8%的中型限流電抗器為例，其阻抗約0.36歐姆，三相容量約2500kVA，其中有功損耗約50～100kW。接入FSR后：

①消除了電抗器巨大的無功損耗。可以節約裝設補償電容器的投資，已經裝設的變電站，可以少投一些補償電容器。有利于改善系統的功率因數。

②電抗器對母線電壓質量有影響，一般會使母線電壓降低4～8%，若遇大型感性負載(如大容量電動機等)投入，則電壓降落更大。裝備FSR后上述電壓損失消除了，這無疑將使電壓質量得到提高，而提高電能質量一直是電力系統追求的目標。

③除無功損耗外，電抗器有功損耗也相當可觀，采用FSR后,有功損耗不到300W，年節約電費約50萬元。從這點上看，FSR起到了節能降耗的作用，這符合我國節約能源的國策。

④不影響原有繼電保護裝置的整定，使老變電站改造變得很容易。

⑤原來因顧及電抗器的缺點而不裝設限流設備的重要變電站可以放心加裝，進一步保證電力主設備的安全。

⑥避免采用高阻抗變壓器。

3.2使分段母線并列運行

大容量高速開關使分段母線閉合運行主接線如圖4所示，在母聯開關的位置串接一臺FSR，正常運行時母聯斷路器處于合閘位置，而不是傳統的母聯斷路器處于分閘位置。僅在出線發生短路、且預期短路電流值超過FSR整定值時，短路電流限制器才動作，隨后母聯斷路器分斷，使雙母線分裂運行。在國外，這種應用方式約占到FSR總應用的50%。其優點是：

①降低網絡阻抗，改善電能質量;

②變電站擴建或變壓器增容后，無須更換所有出線斷路器，從而節約大量投資;

③提供閉環運行的可能性，提高供電可靠性。

④優化負荷分配，增強系統的電壓調整能力。

3.3發電機或變壓器出口的短路保護

發電機出口保護如圖5所示，將FSR與普通斷路器一起直接串聯到發電機或變壓器出口。該應用不僅適用于中、小型水/火電廠，也適用于化工冶金企業的自備發電機、大電流試驗室用發電機、核聚變試驗用發電機、艦船用發電機等。在變壓器出口的應用主要是那些不要求重合閘的場合。

大容量發電機出口短路時，由發電機提供的短路電流的周期分量可超過90～100 kA;進一步考慮短路電流中含有約50～60% 的非周期分量，普通斷路器已經無法使用。解決的辦法之一是采用昂貴的發電機專用斷路器作為斷路保護，此辦法的缺點是不限流，相關的電氣設備仍然要冒很大的被短路電流損壞的風險。辦法之二采取發電機—變壓器組死連接，二者之間用封閉母線的方式，以期避免相間短路的發生，此種接線方式的缺點是運行不靈活，變壓器高壓側斷路器操作/動作頻繁、壽命短，不便于檢修等。辦法之三就是采用FSR+普通斷路器，此辦法克服了上述兩個辦法的缺點。

3.4 發電廠分支母線和廠高變的短路保護

發電廠分支母線和廠高變的短路保護如圖6所示，將限流器與普通斷路器一起串聯到發電廠廠用電分支回路上。此用法適用于大、中型水電廠及火力發電廠。

當發電廠分支母線發生短路、或廠高變的高壓側或低壓側發生短路時，從發電機和系統兩方面同時向故障點提供短路電流，短路電流值比發電機出口短路時更大，考慮非周期分量后可達150～200 kA。盡管發電廠的廠高變采用了高阻抗變壓器及分裂繞組變壓器，但是各大型發電廠的廠高變仍然頻頻損壞。如裝機容量1200MVA的某發電廠運行十余年來其6臺廠高變已經全部燒壞過一次，每次廠高變的事故都導致發電機停機，給發電廠和社會造成巨大的損失。裝備限流器后，當發生災難性短路時，由限流器快速切斷短路電流，即可有效地防止廠高變的損壞。

3.5 地區火/水發電廠上網保護

地區火/水發電廠上網保護如圖7所示，某一個可以提供15kA短路電流的地區火/水電廠在上網后，使原先的斷路器的短路開斷能力不足。為此，在上網電廠的出口安裝一臺限流器，可不更換原先裝備的斷路器不用增容改造便可繼續運行，節約了工程投資。

結論

大容量快速開關因其獨有的快速可靠的切斷能力，使其可以在發電及配電系統大量推廣應用，在提供先進的技術方案的同時，大大減少工程投資，具有很高的性能價格比。