1. 装置应用方法
应用于变电站有两台主变、单母分段的主接线方式。具体用法是将DDX1限流器(FCL)与母联断路器串联使用,见图1。
图1 DDX1限流器在母联位置的应用
2. 装置原理及应用背景
DDX1限流器是采用高科技专利技术的超高速开关,起动电流值可以通过其电子控制器整定。它正常运行时相当于一个旁路铜排,流过负载电流;出线发生短路时,能在短路电流刚刚上升的3~5ms内瞬间开断故障电流,将两段母线分开,使出线开关所承受的短路电流减小约50%(关于DDX1限流器的构成和原理另见其说明书)。限流器安装前后短路点电流的波形图见图2。图中短路瞬间电压过零,所以短路电流的非周期分量最大,纵坐标表示短
图2 短路电流波形
路电流的峰值(系统可能出现的短路电流峰值1.8×1.414×IDL≈2.5 IDL,其中IDL为系统额定短路电流有效值)。
在母联位置采用FCL的背景有如下几种:
● 原变电站只有#1主变,后来由于该地区负荷增大需要作增容改造,加装#2主变。在母联断路器闭合运行时,原来出线断路器开断能力不够,需要全部更换;且新上工程出线开关都要选用高参数开关,这样就造成工程投资庞大;而在母联处串联FCL后,所有开关都不用更换,新装备的开关也可以选用小开断能力断路器,使问题得到合理解决,节约巨额投资。
● 原变电站就有#1、#2主变,后来由于该地区负荷增大需要作增容改造,将#1、#2主变更换为大容量的变压器,造成在母联开关闭合运行时,所有出线开关的短路开断能力均不能满足要求。这时采用FCL也是最佳的解决方案。
● 原变电站就有#1、#2主变,母联开关分裂运行,后来由于两段母线负荷发展不平衡,或者在夏季高峰负荷的特殊时期,或者出于提高电能质量、减小变压器损耗及提高供电可靠性的要求,需要将母联开关闭合运行,因而导致所有出线开关开断短路能力不够。这时FCL也能发挥其最佳效能。
3.分段母线并列运行的条件及优缺点
分段母线并列运行的条件:(1)相位相同,接线组别相同;(2)电压比相同;(3)短路电压差不大于10%;(4)容量比不超过3:1。如果不能满足上述(2)、(3)、(4)条件时,在任何一台变压器都不会过载的情况下,也可以并列运行。并列运行后有如下优点:
● 优化负荷分配
两台主变的负荷可以自动优化分配,有利于变压器自身的合理使用,保证变压器正常的使用寿命。同时还有可观的节能降耗的功效,这点在后面再阐述。
● 降低网络阻抗
变压器有一定的阻抗,尤其是现在使用的高阻抗变压器。并列运行后,网络阻抗降低,有利于提高变电站带负荷的能力,尤其是感性冲击负荷(如大型电动机的启动)。同时带负荷的能力的增强,可以使现有设备充分发挥效能,缓解地区性或季节性供电紧张局势。
● 提高供电质量及可靠性
提高电能质量及可靠性一直是电力系统追求的目标。由于并列运行后带负荷能力增强,使母线电压更为稳定,电压质量得以提高。另外由于有两路电源同时供电,所以任何一路电源出现故障或临时退出,所有负荷或重要负荷可以不间断供电,显然供电的可靠性得到提高。
● 节能降耗
假若两台同容量的变压器分裂运行时,一台主变负荷电流为I,另一台负荷电流为0.5I,又假设两变压器的总电阻均为r,则两变压器的有功损耗W1=1.25rI2;这时若将两台变压器并列运行,两台变压器的负荷电流都将是0.75I,这时的有功损耗W2=1.125rI2。节能降耗率为(W1- W2)/ W1=10%。不难推算出极限情况可以降耗50%。可见,并列运行具有明显的节能降耗作用。具体的说,假设两台主变容量均为50MVA,单台主变总有功损耗210kW,其中空载损耗80kW,平时运行时负载很不平衡,其中一台满载,另一台近乎空载,则当母联开关打开时,两台主变总损耗P1≈210+80=290kW,而母联开关合上后总损耗P2≈80×2+(210-80)/2=225kW,节能△P=P1-P2=65kW。
并列运行的唯一缺点就是需要提高所有出线开关的短路电流开断能力,同时需要提高相关电气设备在短路电流冲击下的动热稳定能力,增加工程及设备造价。而采用FCL后,这一缺点将不复存在。
4. 国内外应用情况
限流器的上述用法在发达国家占限流器总使用量的50%,可见国外分段母线并列运行非常普遍。近几年我国电力紧张局势虽然有所缓和,但在很多情况下在很多地区仍然会出现电力紧缺。所以充分发挥现有供电设备的能力、提高电能质量及可靠性势在必行。目前许多变电站已经采取了并列运行的方式,称为全方式运行,而限制短路电流、降低系统动热稳定参数的问题也就随之而来。相信FCL将在这一领域发挥重要作用。
5. 运行事项
● 限流器动作整定值可由用户和制造厂家协商确定,仅当短路电流达到一定水平时才让其动作,在小短路水平时限流器无需动作,达到节约运行成本的效果;
● 限流器动作后应尽快更换备品。