某公司總承包的印尼項(xiàng)目最初規(guī)劃建設(shè)一條日產(chǎn)10000t熟料水泥生產(chǎn)線，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為由一路引自當(dāng)?shù)貒?guó)家電網(wǎng)的高壓線路提供電源和設(shè)立兩臺(tái)45MVA主變壓器的單母線分段運(yùn)行系統(tǒng)。在建設(shè)后期階段受限于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的不穩(wěn)定性和容量不足，業(yè)主又投資建設(shè)一座配套60MW自備燃煤電廠，以保證水泥工廠正常投產(chǎn)，該電廠提供一路11kV出線給水泥廠提供電源，同時(shí)跨接在兩段母線上，實(shí)際形成了單母線運(yùn)行系統(tǒng)。

隨著水泥市場(chǎng)的發(fā)展，投資方順應(yīng)形勢(shì)，擴(kuò)建一條日產(chǎn)10000t熟料生產(chǎn)線，同時(shí)配套建設(shè)2×15MW低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，這也是國(guó)外水泥廠發(fā)展的一個(gè)主要特征。通過(guò)對(duì)擴(kuò)建后系統(tǒng)運(yùn)行方式和電力平衡預(yù)測(cè)，二期不再新建總配電站，而是在一期基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)建或改造，形成多電源的單母線運(yùn)行系統(tǒng)，其供配電系統(tǒng)如圖1所示。該電力系統(tǒng)局域網(wǎng)中供電電源由四部分組成：外部國(guó)家電網(wǎng)(PLN)、自備燃煤電廠及兩條低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)。

圖1 服務(wù)器印尼巴亞項(xiàng)目供配電系統(tǒng)等效模型

水泥工廠電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，主要以單相短路故障為主，其次是兩相接地和兩相短路故障；三相短路故障的幾率較少，但其危害最為嚴(yán)重。因此，電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用三相短路來(lái)進(jìn)行電力設(shè)備能力校驗(yàn)。本項(xiàng)目的三相短路電流分析是通過(guò)ETAP專業(yè)電力系統(tǒng)分析軟件仿真計(jì)算，基于IEC標(biāo)準(zhǔn)算法。通過(guò)建模運(yùn)算，印尼巴亞項(xiàng)目的三相短路電流分析結(jié)果如表1所示。計(jì)算結(jié)果表明，在未進(jìn)行短路電流限制措施時(shí)，總降主母線的三相短路電流值達(dá)到52.854kA，遠(yuǎn)超過(guò)一期電氣設(shè)備的短路耐受值40kA的能力。因此，短路電流限制措施分析是十分關(guān)鍵的。

表1 印尼巴亞項(xiàng)目三相短路電流分析(無(wú)限流措施)

結(jié)合工作實(shí)踐，對(duì)于水泥工廠供配電系統(tǒng)的傳統(tǒng)短路電流限制措施主要有以下幾種：

(1)母線分列運(yùn)行。通過(guò)單母線分段運(yùn)行方式，讓變壓器分列運(yùn)行，可以有效地增大系統(tǒng)阻抗，從而降低短路電流水平。

(2)提高配電電壓等級(jí)。提高中壓配電的電壓等級(jí)能有效地降低短路電流水平。

(3)采用高阻抗設(shè)備。主要是通過(guò)增大系統(tǒng)阻抗來(lái)實(shí)現(xiàn)短路電流水平的降低，但會(huì)增加額外的無(wú)功損耗和電壓降落，選擇時(shí)需要綜合考慮系統(tǒng)的短路電流、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)等多方面因素。

(4)串入普通限流電抗器。通常在線路接入處或母線聯(lián)絡(luò)處串入電抗器，運(yùn)行方法簡(jiǎn)單便捷，但對(duì)于電力系統(tǒng)的潮流分布、穩(wěn)定性存在一定影響，增加了系統(tǒng)的無(wú)功損耗。

(5)提高斷路器的遮斷能力。提高斷路器等遮斷能力以滿足系統(tǒng)短路電流水平，但此種方法設(shè)備的投入成本高，對(duì)于具有老生產(chǎn)線的項(xiàng)目需要對(duì)其設(shè)備進(jìn)行改造，總投資較大，工期也較長(zhǎng)。

印尼巴亞項(xiàng)目二期建設(shè)過(guò)程中，一期水泥生產(chǎn)線正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，上述傳統(tǒng)方案中的1、2、3、5條四種方案顯然是不適用的，對(duì)于設(shè)備的改造成本較大，且會(huì)較長(zhǎng)時(shí)間影響一期正常生產(chǎn)；第4條方案，串聯(lián)限流電抗器，經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算分析，均不能找到合適電抗率的限流電抗器將短路電流水平降到40kA以下。由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，不能直接采用傳統(tǒng)短路電流限制措施已達(dá)到該項(xiàng)目的短路電流限制需求，必須尋找一種新型短路電流限制措施以滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。

對(duì)于額定頻率50Hz和直流時(shí)間常數(shù)為45ms的電路來(lái)說(shuō)，短路電流在短路電流發(fā)生后約10ms，即半個(gè)周期時(shí)，達(dá)到峰值。快速故障電流限流器(下文簡(jiǎn)稱：快速限流器)作為一種新型短路電流限制產(chǎn)品，其基本功能是在短路電流上升的初始階段(少于1ms)感知電流值并加以限制，將短路電流限制在第一個(gè)大半波上升的初期，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全。目前國(guó)內(nèi)外均有成熟的快速限流器產(chǎn)品，且有應(yīng)用業(yè)績(jī)。

3.1 快速故障電流限流器的應(yīng)用方式

(1)應(yīng)用于系統(tǒng)互聯(lián)，在母聯(lián)位置安裝，并與母聯(lián)斷路器串聯(lián)，如圖2所示。當(dāng)短路故障發(fā)生在系統(tǒng)的饋線上時(shí)，通過(guò)母聯(lián)位置快速限流器的開(kāi)斷，將系統(tǒng)成母線分列運(yùn)行，達(dá)到限流目的。

圖2 快速故障電流限流器應(yīng)用于系統(tǒng)互聯(lián)

(2)與限流電抗器并聯(lián)。若短路故障發(fā)生在電抗器下側(cè)，快速限流器開(kāi)斷將短路電流在上初始階段轉(zhuǎn)移至電抗器，然后由電抗器將電流限制在允許的水平。在正常運(yùn)行條件下，快速限流器跨接至限流電抗器兩端，如圖3所示。

圖3 快速故障電流限流器與限流電抗器并聯(lián)

(3)應(yīng)用于發(fā)電機(jī)饋線。當(dāng)系統(tǒng)新增一臺(tái)發(fā)電機(jī)(或其他電源系統(tǒng))并入原有電網(wǎng)時(shí)，發(fā)電機(jī)反饋的額外短路電流將有可能導(dǎo)致系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)允許通過(guò)的短路電流超過(guò)原設(shè)計(jì)額定允許值，可在饋線出串聯(lián)快速限流器，如圖4所示。

圖4 快速故障電流限流器應(yīng)用于發(fā)電機(jī)饋線

3.1 快速故障電流限流器在印尼項(xiàng)目中的應(yīng)用

根據(jù)印尼項(xiàng)目多電源供配電系統(tǒng)特征，已經(jīng)快速限流器的工作原理和動(dòng)作特性，快速限流器在本項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)需要滿足兩個(gè)基本原則：①當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，快速限流器開(kāi)斷后，剩余系統(tǒng)的短路電流值不超過(guò)設(shè)計(jì)能力；②當(dāng)快速限流器開(kāi)斷后，剩余系統(tǒng)能繼續(xù)維持運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的影響減小到最低或無(wú)影響。因此，印尼項(xiàng)目中，采用了上述應(yīng)用方式3，即快速限流器應(yīng)用于低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的饋線處，如圖5所示。

圖5 快速限流器(FCL)應(yīng)用方案模型

當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，快速限流器感知電流變化而迅速開(kāi)斷，將兩條余熱發(fā)電系統(tǒng)從配電網(wǎng)絡(luò)中斷開(kāi)，成功將短路電流限制在40kA以下，通過(guò)ETAP軟件仿真計(jì)算，安裝快速限流器后的系統(tǒng)短路電流最大值為38．716kA，滿足設(shè)計(jì)要求。

快速限流器運(yùn)用的短路限流措施，達(dá)到了設(shè)計(jì)理想效果。首先，滿足兩個(gè)基本設(shè)計(jì)原則，達(dá)到限流目的。當(dāng)發(fā)生短路故障，迅速將余熱發(fā)電系統(tǒng)切開(kāi)，剩余的負(fù)荷系統(tǒng)通過(guò)自備燃煤電廠和外部國(guó)家電網(wǎng)繼續(xù)供電，保證了生產(chǎn)線持續(xù)運(yùn)行。其次，避免了對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)大規(guī)模的改造，如更換斷路器、電纜等，縮短了現(xiàn)場(chǎng)施工周期，減少了項(xiàng)目建設(shè)的投資成本。

近年來(lái)，水泥企業(yè)的發(fā)展和擴(kuò)建過(guò)程中，尤其是在電網(wǎng)欠發(fā)達(dá)的海外項(xiàng)目中，配套電廠和低溫余熱系統(tǒng)的應(yīng)用，構(gòu)成了多電源特征的水泥工廠供配電系統(tǒng)，導(dǎo)致了短路電流異常高或超過(guò)原有設(shè)備的允許值。快速限流器的應(yīng)用，是因系統(tǒng)擴(kuò)容導(dǎo)致的短路電流水平異常高、用戶又無(wú)法大規(guī)模整改難題的最佳解決方案。快速限流器以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在電力系統(tǒng)局域網(wǎng)短路電流限制措施工作發(fā)揮了重要的作用。

作者：孫強(qiáng)，呂滿根，朱帥

來(lái)源：《中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司(南京)》

微信公眾號(hào)：備件網(wǎng)（關(guān)注查詢更多資訊）

（本文來(lái)源網(wǎng)絡(luò)，若涉及版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)作者來(lái)電或來(lái)函聯(lián)系！）