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公司新闻

1 项目背景

1.1 系统简介

目前公司机组建设规模为65机:(3*130t/h+2*220t/h+1*220t/h)高温高压煤粉煤炉+1*C25MW+4*B25MW)汽轮发电机组。5台发电机组均经升压至110kV接入电网,具体一次主接线图简化如下:

 

图一 (一次主接线简图)

根据主接线图显示,其中1#3#4#5#主变均为三卷变,三卷变的中压侧均为35kV35kV共计有四段母线,均为用电负荷。而5台发电机出口均设计有发电机出口断路器,且厂用支路上均配置有限流电抗器。全厂发电机6kV厂用母线共计有六段,另有一段6kV备用母线段。

1.2 基本参数

序号

项目

内容

备注

1

一次系统主接线图

 

电子版

2

110kV侧短路容量

 

不详

3

1#3#4#5#主变

变比

121/38.5/6.3kV

铭牌

额定容量

40MVA

-中短路阻抗(主分接)

18.36%

-低短路阻抗(主分接)

10.35%

-低短路阻抗

6.63%

4

2#主变

变比

121/6.3kV

数据不详

额定容量

40MVA(估值)

短路阻抗

10.5(估值)

5

发电机

额定功率

30MW

沟通

额定电压

6.3kV

功率因数

0.8

超瞬变电抗

14.5

查手册

6

厂用电抗器

额定电压

6.3kV

沟通

额定电流

1200A

电抗率

6%

表一 (基本情况)

以上存在个别数据不详,但并不影响整个技术方案的设计。其中2#变容量初步也认为为40MVA,而110kV短路电流按28kA考虑(本工程的110kV断路器额定开断是40kA,一般短路电流校核留有30%冗余,即实际短路电流一般不大于40kA*1-30%=28kA),当然本方案为初步阶段,后期根据更新的资料予以修正方案的某些参数。

 1.3 客户述求

为了限制厂用系统的短路电流超标,厂用支路加装了限流电抗器,但其运行发热严重,即功耗较大,期待寻求一种有效的节能降耗降温的设备或方法。

2 系统分析

    2.1 短路电流核算

    采用标幺值算法,设Sj=100MVAUj=6.3kVIj=5.5kA

110kV侧系统短路阻抗标幺值:

本站6kV各母线段及35kV母线段均按分列运行方式考虑,35kV侧均为无源系统,后续短路计算及分析均以1#发变系统为代表,其它发变系统基本一致。

110kV两段母线按并列运行考虑。

发电机短路阻抗标幺值:

变压器短路阻抗标幺值:

厂用侧电抗器阻抗标幺值:

绘制等值阻抗图如下:

图二 等值阻抗图

简化计算:

 

图三 等值阻抗简化图

通过计算可以看出,在发电机厂用支路电抗器没有投入时短路电流有56.55kA,而增加了电抗器后仅为14.77kA,厂用馈线遮断容量31.5kA的真空断路器完全可以开断,故本工程厂用电抗器的参数不需要做调整。

2.2 串联电抗器的弊端

现代电网容量扩大及新建更多的自发电机组导致系统短路电流严重超标,短路电流过大严重影响支路断路器成功开断,必须采取限流措施,加装限流电抗器。

但单纯加装限流电抗器长期再系统运行带来损耗及压降等诸多问题,具体分析如下。

(1)电压降问题

(2)直接串联限流电抗器,在系统有大的波动时(如启动大容量电动机时),产生大的电压降影响其它设备正常运行。

(3)电磁漏磁问题

限流电抗器多为空心电抗器,正常运行时产生的漏磁场不仅会恶化周围设备的电磁环境,导致通讯系统异常或继电保护不正常动作,如果干式空心电抗器周围有磁性元件的话,还可能会造成干扰,对控制设备以及通讯设施会产生极大的危害。

干式空心电抗器本身束磁能力很差,漏磁通很大,很容易加热周围的导磁物质如金属护栏、各种金属管线、钢筋等。漏磁场还将造成附近金属构架或金属壳体的附加涡流发热损耗。长期运行在磁场作用下,周围金属导磁物质接触不良点易严重发热甚至打火。对建筑物和设备的安全有很大的影响。目前除增加干式空心电抗器与导磁物质的距离外无其他有效解决办法。

(4)功率损耗问题

根据现有技术参数,我们计算了限流电抗器长期运行的功率损耗如下表:

 

从经济的角度来看,系统限流电抗器长期运行,在投运带负荷时,电抗流通额定电流,在电抗两端产生压降。这势必会产生有功无功损耗。从用电设备的产能来看,随着用电负荷的增加,系统限流电抗器长期运行,也将降低用电生产设备的产能。

如果采取一定的措施即可满足限流效果又可无损耗无压降无运行发热才是企业最期盼的结果。

3 技改方案

将原限流电抗器与ZLB零损耗深度限流装置并联运行,就可以达到无损耗无压降无发热的效果。该装置采用加拿大Max-Swi公司的VFC真空涡流驱动快速开关,正常情况下VFC开关合闸,在短路故障时需要投入电抗器则动作,动作完短路故障解除则自行退出电抗器,达到节能减耗,免维护的效果。

单发变组一次主接线如下:

 

 (一次主接线图)

 

  • 3.1零损耗深度限流装置简介

  • (1)ZLB一次原理图

  •  

  • (2) ZLB工作原理描述

  • 正常运行时

    系统正常运行时,高速涡流驱动开关处于合闸状态,本装置深度限流电抗器,无电流通过,表现为无损耗,无压降。

  • 当系统发生短路故障

    高速涡流驱动开关快速开断,本装置可在10ms内投入限流电抗器,使系统所受的短路冲击大大降低,保护系统内变压器等电气设备

  • 系统短路故障切除后

    当短路故障切除后测控单元根据设定程序立即给高速涡流开关发出合闸命令,限流电抗器退出,系统即可恢复正常运行也可以采用手动方式,将电抗器退出系统运行

  • 3.2 零损耗深度限流装置参数设计

根据系统短路电流核算,目前的限流电抗器参数可以适用本系统,可以将短路电流控制在较低水平。

ZLB零损耗深度限流装置可以按如下参数设计:

额定电压:6kV

额定电流:3150A(开断电流选型较大,对应额定电流需要调至3150A

额定开断电流:63kA

ZLB型号:ZLB-Q-6kV-3150A/63kA

序号

技术特性

单位

额定参数

电压参数

1

额定电压(Ur)

kV

6

2

额定绝缘水平

断口额定短时工频耐受电压(Ud)1min

kV

42

断口额定雷电冲击耐受电压(Up)

kV

75

3

额定频率(fr)

Hz

50

电流参数

4

额定电流(Ir)

A

3150

5

额定短路开断电流

kA

63

6

额定短路电流开断次数

100

机械参数

7

额定分闸时间

ms

5

8

额定合闸时间

ms

20

9

合闸弹跳时间

ms

  • 3.3 安装布置方案

  • 筒式ZLB与限流电抗器并联

    如果现场的电抗器室空间较大,可以安装分相的筒式限流开关装置,电抗器与ZLB限流开关之间采用母排或电缆并联。

     

  • 柜式ZLB与限流电抗器并联

    如果现场的电抗器室空间紧凑,不足以安装分相的筒式ZLB,建议采用柜式ZLB装置,装置可以安装在护栏外,也可以与其它开关柜放置,通过电缆与限流电抗器并联。