大容量短路限流(一)

摘要：随着电力系统的不断发展，发电容量的不断上升，电源间的联系越来越紧密，电力系统发生短路引起的短路电流随之增大；短路电流的增大，对电力系统稳定、对设备安全有很大危害。通过并联电抗器可以限制短路电流，高压限流器可以迅速切断电流，保证电网安全。

1.引言

电力事业的发展，发电机及电力变压器的容量越来越大，电力系统的容量也越来越大，电网的短路水平迅速提高。一方面对主变压器等电气设备的电动力冲击强度明显增加，另一方面短路电流需要具有相应开断容量的断路器和开关设备，设备的投资巨大，可靠性要求高。由于大的短路电流有极大的动热破坏作用，为保证电力系统的安全稳定运行，要快速切断短路电流或对短路电流时行限制。在冶金、石化等行业，如海上石油平台，供电网络供电距离短、供电负荷集中，产生的短路电流大，如果不能够及时限制短路电流，或者断开故障电路，将造成设备无法承受动稳定冲击造成的变形、热稳定造成的绝缘损坏，无法开断事故扩大事故范围，给生产造成重大损失。

1. 2.     短路电流的危害

由于短路电流的远大于系统的额定电流，因此在发生短路电流时会对电力系统的各个配件设备，如变压器、电流互感器、母线、线路等产生大的电流冲击，需要在设备选择上选择容量很大的设备，隔离开关、断路器需要能够承受短路电流；短路电流增加会造成设备温度过高，接线端子过热，加速设备的绝缘老化，降低设备的使用寿命；短路电流会造成部分线路过热，容易产生绝缘破坏，过热熔断等问题。暂态过程的短路冲击电流会在电气设备上产生一个超过设备耐受极限的电动力，从而破坏电气设备的动稳定；过大的短路电流会造成断路器的开断能力不足，使断路器不能有效切除短路故障，从而造成事故扩大；接地短路时的入地短路电流还会对邻近的通信线路和铁路信号产生电磁干扰，更重要的是会在接地短路点附件产生较高的接触电压和跨步电压，造成严重的威胁人身和设备的安全。

 

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1. 3.     海上石油平台短路示例

LIBRA海洋石油平台项目，一次系统图见图1所示，需要多个柴油发电机并网运行，计算短路电流非常大，一般短路电流超过50kA，开关柜设计承受短路电流相对容易，通过减少支撑间距，加大固定等措施，可以承受高的峰值耐受电流电动力，150kA甚至更高，而市场上开断63kA的断路器不多，与50kA断路器相比价格相差巨大，尺寸也相应增大，因此对整个系统而言，成本增加巨大，经济性很差，因此客户坚持选用50kA等级断路器和开关柜。

图1LIBA海上石油平台一次单线图

运行规则是开关正常运行方式是所有的母联开关都合闸，三段母线连接在一起；两台发电机启动运行并联向三段母线上开关柜供电，因此故障额定值是34.5kA，小于设备额定短时耐受电流50kA，开关设备可以保护系统安全运行。

 

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需要维护一台发电机时，所有的母联开关都合闸，三段母线连接在一起；连接了三台发电机，当需要维修的发电机分闸，另外一台发电机启动合闸时，在有限的转换期间内短路故障额 定值是51.7kA，超出设备50kA短时耐受电流、断路器50kA的短路开断能力。如果不能隔离故障，将导致整个配电系统 eHouse 停电。