FUR組合保護裝置在江埡水電站廠用電系統中的應用摘要：通過在江埡水電站廠用電系統的改造中，采用FUR組合保護裝置加普通真空斷路器取代原有高壓負荷開關，有效的防止了誤動作，減少了操作過電壓對主要電氣設備的沖擊，實現了動作的可選擇性，降低了造價。該文對在選型過程中的步驟及應考慮的問題，給予了較深入的研究。關鍵字：FUR組合保護裝置廠用電應用1概述湖南省江埡埡水電站裝設設3臺10萬kW的水輪發電電機組，電站站于1998年至1999年相繼投入入商業運行，發發電機額定電電壓為13.8kkV，3臺水輪發電電機電壓側采采用單機單變變—即單元接線線方式，主變變高壓側為110kV和220kV電壓等級送送出，其中一一臺機組接110kVV/220kkV自耦變壓器器，另兩臺機機組接220kV雙圈變，3臺高壓廠用用變取自3臺主變的低低壓側，變壓壓比為13.8//10.5kkV，10.5kkV側采用分段段接線方式，未未改造前高壓壓廠用變壓器器的額定容量量為1250kkVA，改造后新新增一臺2500kkVA的變壓器接1臺機組，一一臺機組接1250kkVA變壓器不變變，另一臺機機組采用2臺1250kkVA并列運行。原原高壓廠用變變壓器高壓側側（即13.8kkV側）均采用用負荷開關進進行保護，運運行中出現非非正常動作及及熔絲燒壞現現象，因此結結合此次廠用用變增容改造造，同時對保保護設備進行行改造。整個個改造于2002年元月完成成，至今已運運行近3年，效果良良好，業主及及運行人員對對此非常滿意意。現就改造造方案的選取取及在選型過過程需要考慮慮的主要問題題進行探討，對對今后正確選選用FUR設備及高壓壓限流熔斷器器將會起到一一定的作用。2改造方案的的選取及原方方案存在的問問題由于13..8kV原開關設備備均為裝柜形形式，且地方方狹窄，不可可能再增加設設備位置，只只能在原有設設備的基礎上上進行改造完完善，為了保保證今后的安安全運行，在在全面了解現現有設備的基基礎上，擬定定了三個方案案供選擇比較較。第一方案是是更換原有負負荷開關，即即增加額定電電流以滿足廠廠用變容量的的變化要求，此此方案最為方方便簡單。從從表面上看，在在正常情況下下，選擇負荷荷開關額定電電流為1250A或630A均可滿足要要求，但若廠廠用變二次側側發生短路時時，考慮廠用用變阻抗后，流流過一次側的的最大電流約約為2000A，而目前負負荷開關的最最大額定電流流為12500A，所以不能能滿足要求，有有可能會出現現負荷開關爆爆炸等嚴重現現象的發生，不不是徹底的解解決問題的方方案。第二方案是是在原有開關關柜內將負荷荷開關更換為為真空斷路器器。通過短路路電流計算，當當在高壓廠用用變高壓側發發生三相短路路時，系統各各設備提供的的最大短路電電流達到77.9kkA（自耦變側側）和54.4kkA（雙圈變側側），假定斷斷路器能切斷斷如此大的短短路電流，但但由于斷路器器實際開斷時時間（繼電保保護時間與斷斷路器分閘時時間之和）大大于80ms，所以在短短路故障切除除之前，與之之相連接的電電氣設備將受受到3個周波以上上的大短路電電流沖擊，幾幾次這樣大的的短路電流沖沖擊必然對設設備帶來很大大的損害，影影響其使用壽壽命和經濟效效益的充分發發揮。實際上上，現有常規規斷路器也無無法切斷如此此大的短路電電流，若選用用發電機專用用斷路器，其其價格十分昂昂貴，也不能能保證短路動動作有良好的的選擇性，也也難以避免大大短路電流的的沖擊。第三方案是是采用FUR組合裝置加加真空斷路器器的組合方案案。真空斷路路器僅作為操操作電氣設備備代替負荷開開關，可選擇擇輕型斷路器器，FUR作為保護設設備（FU即高壓限流流熔斷器，FR為高能氧化化鋅過電壓保保護器，兩者者組合簡稱FUR），FU的限流性和和快速性使得得在短路電流流遠未達到最最大值之前就就切斷短路電電流，其切斷斷時間可根據據保護特性進進行調整和選選擇，以保證證上、下級的的動作選擇性性，從而達到到保護設備的的目的。而FR的降壓性和和移能性限制制了網絡中的的操作過電壓壓，并將短路路網絡中的磁磁場能量釋放放，快速將電電流衰減至零零。因此使用用FUR裝置有如下下優點：（1）由于于FU的快速性和和限流性是由由其物理特性性所決定，而而無機械拒動動的可能，所所以有較高可可靠性；（2）由于于FU的限流性，系系統設備不再再會受到預期期短路沖擊電電流的沖擊，有有效避免了因因穿越故障電電流而損壞設設備的事故，延延長了電氣設設備的使用壽壽命，且設備備選擇無需考考慮動、熱穩穩定校驗問題題；（3）由于于FU的快速性，使使故障切斷時時間大大縮短短；（4）由于于FR的非線型性性有效的限制制了FU的過電壓，使使操作過電壓壓小于2.5倍的額定相相電壓，FR吸收了FU在開斷過程程中系統各部部分提供的能能量，使FU開斷時的電電弧能量降低低至安全線以以下，從而減減輕了FU的承受壓力力。FUR的上上述這些優點點克服了方案案一、二的某某些缺點，且且價格較方案案二低很多，同同時可實現在在原有開關柜柜內進行改造造，工作量較較少，改造時時間短。3柜內結構方方案的設計在確定了采采用普通真空空斷路器加FUR組合保護裝裝置方案后，在在不增加外置置設備及占地地的情況下，分分析所增加的的設備在柜內內安裝的可能能性。原柜內內裝設了一臺臺高壓負荷開開關，在不改改變柜體尺寸寸的情況下，將將此開關拆除除后，略加改改造（即增加加相關的支撐撐件）自上而而下依次布置置FU的撞擊機構構、FU、FR及真空斷路路器。真空斷斷路器僅作為為切斷負荷電電流之用，因因此它安裝在在FUR之前或之后后都是可取的的，根據開關關的型式及操操作、檢修及及維護更換設設備的方便，在在此次改造中中，將真空斷斷路器布置在在FUR之后，主要要原因是①斷路器操作作機構易于安安裝，引出線線易于連接；；②在更換FU熔絲時，可可斷開斷路器器，使FU下觸頭在無無電壓情況下下更換，保證證了人身安全全；③FUR裝設在開關關柜后板上，支支撐容易，且且與封閉母線線套管和真空空斷路器連接接方便，經校校核安裝尺寸寸及帶電距離離均可滿足要要求，但柜內內需增加一定定數量的設備備支撐件及面面板現場開孔孔工作。如果果能在FUR前再裝設一一組隔離開關關，則該方案案就更加完美美，即當在機機組運行時，需需更換FU的熔絲時，不不會影響機組組正常發電，上上、下端均不不帶電，人員員更加安全。4FUR參數的選擇FUR參數數的選擇至關關重要，應認認真分析研究究，收集資料料。它的參數數既要保證能能可靠動作，又又要保證在發發生短路事故故時能與廠用用變低壓側主主保護的協調調配合，這樣樣即保證了選選擇性又起到到使主設備免免遭沖擊的作作用，現以2500kkVA高壓廠用變變高壓側FUR的參數選擇擇，舉例說明明其選擇方法法與一般負荷荷開關和熔斷斷器選擇方法法的主要區別別和應考慮的的問題。4.1按額定定電流選2500kkVA廠用變高壓壓側的額定電電流為104.66A，同時考慮慮變壓器允許許過載2小時時按過過載系數為1.3倍不動作，并并留有10%的裕度及5%的容差后，計計算電流應為為157.11A，意味著FU的額定電流流選擇為160A，在正常運運行情況下不不會動作。4.2按變壓壓器承受的沖沖擊電流選擇擇保護變壓器器用的熔斷器器應能承受變變壓器勵磁涌涌流沖擊而不不熔斷。根據據目前的規定定，當變壓器器突然合閘時時，勵磁涌流流最大為變壓壓器滿載電流流的12倍，持續時時間為0.1s，即勵磁涌涌流Ic=1104.6××12=12254A，考慮到熔熔絲熔斷時的的分散性，應應留有20%以上的裕度度，即保證在在0.1s時熔絲不熔熔斷的電流Ic’=15055A，查160A的限限流熔斷器安安—秒特性曲線線，在0.1s時的熔斷電電流為1600A，能夠避開開變壓器勵磁磁涌流而不熔熔斷。4.3按保護護配合性選擇擇當高壓廠用用變低壓側發發生短路時，反反應到高壓側側的電流估算算為104.66/0.066=17433.3A（0.06為廠用變壓壓器的阻抗電電壓值），查查160A限流熔斷器器的安—秒特性曲線線，在1743..3A時相應的熔熔斷時間為60ms，而低壓側側真空斷路器器的跳閘動作作時間為80ms以上，即當當低壓側發生生短路時，低低壓側斷路器器在未及時跳跳閘的情況下下，高壓側限限流熔斷器即即FU既已被熔斷斷，說明當額額定電流為160A時不能與廠廠用變低壓側側主保護相配配合。為了使使FUR在廠用變低低壓側短路時時保證動作的的選擇性，熔熔斷器的額定定電流應選高高一級即250A，查250A限流熔斷器器的安—秒特性曲線線，此時熔斷斷時間為700ms，可以滿足足動作選擇性性要求。4.4按FUU限流特性及FR殘壓水平進進行校驗當廠用變高高壓側發生三三相金屬短路路時，根據250A限流熔斷器器的預期電流流有效值—截斷電流峰峰值曲線，根根據短路電流流計算結果（在在自耦變壓器器低壓側）最最大運行方式式下的短路電電流值為77.9kkA，可以查到到其截斷電流流峰值為35kA，熔斷時間間約為1.1ms，而在廠用用變低壓側短短路時高壓側側電流為1743..3A時的熔斷時時間為700ms，可以滿足足選擇性要求求。同時為了了與FU截斷電流相相配合，高壓壓側真空斷路路器額定開斷斷電流必須選選擇為40kA，在40kA情況下FU的熔斷時間間為即40ms。熱容量I2t分為熔斷件件的I2t和弧前I2t，熔斷件的I2t即在給定時時間間隔內電電流平方的積積分，弧前的的I2t既是在熔斷斷件整個弧前前時間內電流流平方的積分分，兩者從概概念上是不同同的。為了保保證熔斷器的的安全性和可可靠性，采用用熔斷件的I2t值與被保護護設備的I2t值進行選擇擇校驗熔斷件件，要比用弧弧前時間—電流特性選選擇校驗更為為合理和科學學。從廠家給給定的熔斷件件熱容量曲線線可以看出250A的熔斷件I2t值為1.2×1106（A2?s）（熔斷時時間為0.7s），而斷路路器在0.7s時間內承受受的熱容量為為352×00.7=0..857×1106（A2?s），小于此此時斷路器3s時額定熱容容量。因此可可以滿足要求求，對斷路器器是安全的。由于FR的的非線型性和和快速導通特特性，將操作作過電壓限制制在2.5倍額定相電電壓之內，其其殘壓值約為為U=2.55×（根號）2?Ue/3=288.17kVV，殘壓值小小于運行中發發電機及變壓壓器的沖擊耐耐壓值29.3kkV，更小于出出廠時的沖擊擊耐壓值（額額定電壓為13.8kkV），因此FR可避免發電電機及變壓器器免受操作過過電壓的沖擊擊，假如沒有有FR的作用，其其限流熔斷器器的操作過電電壓將達38kV以上，已經經大于運行中中發電機及變變壓器的最大大沖擊耐壓值值35.2kkV，將會使設設備受到很大大的電壓沖擊擊而損壞，縮縮短了使用壽壽命，影響機機組經濟效益益的發揮和設設備的投資，因因此設備FR的作用是不不可低估的。從以上各方方面的分析計計算可以看出出，FU的額定電流流選定為250A是滿足安全全性和可選擇擇性要求的。同同時也必須裝裝設FR以限制操作作過電壓。5結語經過理論計計算和實踐證證明，FUR組合保護裝裝置有其很大大的優越性，并并已在江埡水水電站廠用電電系統中成功功運用，它減減少了設備的的誤動率，有有效的保護了了主要電氣設設備，提高了了電站的經濟濟效益。但在在選用該設備備時，應多方方案比較，綜綜合考慮和計計算，既要保保證電站安全全的安全性，又又要保證動作作的可靠性和和選擇性，它它不同于一般般熔斷器或負負荷開關的選選擇。從該電電站的選型中中可得出以下下結論，也是是在通常設計計中易于忽視視的方面/問題：（1）對短短路電流較大大的電站，在在選用普通真真空斷路器不不能滿足要求求時，可選用用負荷開關或或FUR組合保護裝裝置，不論選選擇哪種設備備，均應滿足足動作的可靠靠性和可選擇擇性，以及截截流過電壓對對主要設備的的危害性。（2）FUUR組合設備中FU即高壓限流流熔斷器的額額定電流選擇擇不能單純按按負荷電流選選擇，應充分分考慮熔斷時時間與下級斷斷路器在動作作時間上的配配合性，并應應取得生產廠廠家準確的電電流—時間關系曲曲線、熱容量量曲線等參數數。（3）應對對FU的限流性進進行校驗，以以便選擇輕型型斷路器或負負荷開關、隔隔離開關等電電氣設備。（4）應根根據熔斷時間間計算（或查查曲線）FU的熱容量，該該值應大于斷斷路器或負荷荷開關在該熔熔斷時間內的的熱容量，且且小于其額定定時間內的熱熱容量，確保保電氣設備在在熔斷時間內內的安全。（5）由于于FR的能量轉移移，降低了操操作過電壓，有有效地保護了了主要電氣