關(guān)又稱斷路器，是電力系統(tǒng)中重要的電力設(shè)備之一。它在電網(wǎng)中的基本任務(wù)是：，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的需要，將一部分線路或電力設(shè)備投入或退出運(yùn)行，以此對電網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行控制，在這種情況下，開關(guān)的觸頭承載的是負(fù)荷電流；第二，當(dāng)線路或電力設(shè)備發(fā)生故障時，開關(guān)可將故障部分從電網(wǎng)中快速切除，以保證無故障部分正常運(yùn)行，保護(hù)電網(wǎng)的安全，此時，開關(guān)的觸頭承載的是故障電流或短路電流。

　　短路電流的峰值往往出現(xiàn)在個周波內(nèi)，而且非周期分量很大，通常幾個周波內(nèi)不過零。同時，斷路器的動作時間相對于故障發(fā)生的時刻有一定的滯后，再加上繼電保護(hù)所形成的時間差，在開斷時間內(nèi)短路電流的峰值已經(jīng)數(shù)次沖擊發(fā)電機(jī)、斷路器和變壓器等被保護(hù)設(shè)備，經(jīng)過幾次重大事故，就有可能造成設(shè)備的損壞，進(jìn)而增加運(yùn)行維護(hù)和檢修的成本。另外，斷路器正常工作時的額定電流與發(fā)生短路故障時的短路電流相差過大，尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)容量的不斷增大，短路電流值也不斷上升，強(qiáng)大的短路電流產(chǎn)生的電動力破壞性更大，斷路器必須按照開斷短路電流進(jìn)行選擇，設(shè)備、線路及斷路器本身就要求設(shè)計有足夠的熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定裕度，設(shè)備的投資就會加大，造價過高。因此，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越需要斷路器能夠在故障瞬時就發(fā)現(xiàn)并以快的速度切斷短路電流，避免被保護(hù)設(shè)備及開關(guān)本身受到巨大的熱沖擊和電動力作用。

　　1 問題的提出

　　某公司110kV變電站接入110kV系統(tǒng)電源，同時采用自備電廠的10kV作為備用電源，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。其系統(tǒng)接線方式如圖1. 請登陸：輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息

圖1 兩電源并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)接線圖

　　隨著系統(tǒng)容量的增大，變電站負(fù)荷側(cè)發(fā)生三相短路時存在下列問題。

　　發(fā)電機(jī)出口斷路器遮斷容量不足，不能開斷短路電流。

　　利用主變壓器或發(fā)電機(jī)出口斷路器切斷短路電流，斷路器的開斷時間過長，達(dá)80~140ms,會對主變壓器及發(fā)電機(jī)產(chǎn)生故障沖擊，發(fā)電機(jī)故障將引起主變壓器停運(yùn)，危害主設(shè)備安全。對系統(tǒng)方式影響較大。

　　2 解決方法

　　針對現(xiàn)用斷路器存在問題，為了使負(fù)荷側(cè)斷路器的開斷電流減小，并降低工程造價，采用了一種新型大容量高速斷路器裝置（簡稱FSR裝置）與電抗器并聯(lián)的接線方式。正常運(yùn)行時，F(xiàn)SR將電抗器短接，避免了電抗器巨大的電能損耗，并抑制了大型電動機(jī)啟動時的電壓降；短路時，F(xiàn)SR快速斷開，負(fù)荷側(cè)斷路器的開斷電流經(jīng)電抗器限流到允許范圍。

　　3 大容量高速斷路器的組成及功能

　　FSK（Frequency-shift keying）- 頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。它是利用基帶數(shù)字信號離散取值特點(diǎn)去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。它還有另一個含義刷街，一款由國內(nèi)HNS、KZ強(qiáng)戰(zhàn)隊(duì)之一的FTW發(fā)布的。的CS1.6的中文打字器，支持windows7的窗口顯示，支持各種輸入法。解決了saycn及csmate在windows7無法正常顯示及無法使用搜狗輸入法的問題。

　　FSR裝置主要由斷路器DL、爆炸式快速開斷載流橋體FS、高壓限流熔斷器FU、非線性電阻FR及測控裝置組成。

　　3.1 載流橋體FS

圖2 FSR裝置組成示意圖

　　因FS的電阻與熔斷器FU電阻的比值為1∶2000,故正常時工作電流經(jīng)FS流過，故障時，接到測控單元的命令后，在0.15ms之內(nèi)爆炸斷開，電流轉(zhuǎn)移至熔斷器FU.

　　3.2 熔斷器FU

　　FS斷開后，全部短路電流轉(zhuǎn)移至熔斷器FU,在0.5ms內(nèi)FU熔斷，并產(chǎn)生足夠的弧壓。

　　3.3 非線性電阻FR

　　FU熔斷時產(chǎn)生的弧壓使其導(dǎo)通，吸收電感中存在的磁能及電源注入的能量，使FU順利熄弧，同時把開斷時的過電壓限制在2.5倍的額定相電壓之內(nèi)。

　　3.4 測控單元

　　測控單元的測控數(shù)據(jù)為檢測電流i和電流的變化率di/dt,當(dāng)電流幅值和電流變化率同時超過整定值時，判斷為短路發(fā)生，采用三個相同獨(dú)立工作的CPU部件，以"三取二"表決方式判斷，向FS發(fā)出分段命令。

　　4 FSR裝置的工作原理

　　在正常運(yùn)行和正常操作時，負(fù)荷電流流過真空斷路器后，再流過爆炸式載流橋體與熔斷器，其中98%以上的負(fù)荷電流流過爆炸式載流橋體，2%的負(fù)荷電流流過熔斷器。

　　當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，主電路中的電流幅值和電流變化率超過整定值，測控單元判斷有短路電流，向橋體中發(fā)送電脈沖引爆爆炸裝置，載流橋體斷開，將全部電流加在高壓限流熔斷器上，高壓限流熔斷器在2ms內(nèi)熔斷，產(chǎn)生的弧壓由高能氧化鋅非線性電阻限制并吸收。在大容量高速斷路器裝置完成了短路斷開功能后，與熔斷器配合的負(fù)荷開關(guān)，只要求能夠開斷額定電流和一般過載電流，對關(guān)合短路電流及承載短路電流的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性則無要求。

　　5 FSR裝置的特點(diǎn)

　　限流性 由于FSR的限流性，短路電流在初始上升階段即加以限制，不可能達(dá)到短路沖擊電流的峰值，設(shè)備不再遭受短路電流的沖擊，延長了發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備的使用壽命，大大提高了設(shè)備動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定方面的安全裕度。

　　快速性 故障電流在1ms內(nèi)被截流，3ms之內(nèi)衰減到0,故障被完全切除，更能有效地保護(hù)設(shè)備。而一般斷路器至少要60ms才能切除故障。

　　靈敏度高 由于FSR裝置增加了電流變化率作為啟動判據(jù)，故障時電流變化率增加更明顯，使靈敏度更高

　　容量大 配置大容量的非線性電阻，吸收開斷過程中磁能，開斷容量可不受限制。

　　6 FSR裝置的運(yùn)行要求

　　當(dāng)發(fā)生三相短路故障時，電抗器應(yīng)可靠投入，從而要求FSR裝置在短路電流上升的初始階段應(yīng)可靠斷開，故FSR動作值應(yīng)取90%的三相短路電流值。

　　正常運(yùn)行時，F(xiàn)SR啟動電流應(yīng)能躲過負(fù)載允許的短時過載電流。取1.3倍的可靠系數(shù)。

　　7 FSR裝置的應(yīng)用

　　7.1 應(yīng)用于發(fā)電機(jī)出口

　　應(yīng)用于發(fā)電機(jī)出口見圖3.發(fā)電機(jī)出口端或其附近發(fā)生短路故障時，短路電流的幅值大，從短路開始到電流次過零，經(jīng)歷的時間長，大約需要20~150ms.這會給發(fā)電機(jī)造成很大的危害，同時對保護(hù)設(shè)備有更高的要求。用FSR保護(hù)發(fā)電機(jī)出口端短路故障，具有很好的保護(hù)作用，因?yàn)樵诙搪冯娏髦滴赐ㄟ^發(fā)電機(jī)時，F(xiàn)SR將故障電源直接切除；也可以采用FSR與限流電抗器并聯(lián)的方式，正常運(yùn)行時FSR將電抗器短接；故障時FSR快速斷開，故障電流流過限流電抗器，電抗器將故障電流限制在允許范圍以內(nèi)，仍能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

圖3 FSR用于發(fā)電機(jī)出口

FSR也可以應(yīng)用在廠用變壓器分支、勵磁變壓器分支，見圖4。有效避免變壓器因穿越性故障而損壞的事故。

圖4 FSR用于廠用變壓器分支

　　7.2 應(yīng)用于系統(tǒng)擴(kuò)建或聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時

　　在系統(tǒng)擴(kuò)建時，F(xiàn)SR用于電源聯(lián)絡(luò)見圖5.原有斷路器設(shè)備不必更換?？商岣呦到y(tǒng)供電可靠性，減少重負(fù)載啟動時的壓降。實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

圖5 FSR用于電源聯(lián)絡(luò)

　　FSR應(yīng)用于母聯(lián)位置，見圖6.當(dāng)系統(tǒng)一旦發(fā)生短路故障，由于負(fù)荷側(cè)斷路器只按單臺變壓器提供的短路電流進(jìn)行配置，F(xiàn)SR可以快速限流，將系統(tǒng)解列。

圖6 FSR用于母線聯(lián)絡(luò)

　　7.3 FSR與電抗器并聯(lián)

　　FSR與電抗器并聯(lián)見圖7.在正常運(yùn)行時FSR將電抗器短接，避免了電抗器巨大的電能損耗和大型電動機(jī)啟動時的電壓降。短路時FSR快速斷開，負(fù)荷側(cè)斷路器的開斷電流受電抗器限制到允許范圍。

圖7 FSR與電抗器并聯(lián)

　　在供用電系統(tǒng)設(shè)計時，可加大電抗器阻抗，使負(fù)荷側(cè)斷路器的開斷電流進(jìn)一步減小，降低造價。

　　7.4 FSR用于重要負(fù)荷

　　FSR用于重要負(fù)荷見圖8.若線路中帶有重要用戶，不允許瞬時斷電，或須強(qiáng)行自啟動的重要負(fù)荷，線路短路時，F(xiàn)SR快速斷開，將電抗器投入，電抗器上的殘壓，可設(shè)計得足以維持重要負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，而不受影響。

圖8 FSR用于重要負(fù)荷的線路

　　由于FSR組成器件的物理特性決定了FSR的快速性和限流性，因此與傳統(tǒng)的斷路器相比較，不存在機(jī)械拒動，可靠性高。應(yīng)用FSR可以使發(fā)電機(jī)、變壓器及短路器不再受短路電流峰值的沖擊，延長了設(shè)備使用壽命。目前，該裝置已在劉家峽水電廠、烏蘭浩特?zé)犭姀S、漳澤發(fā)電廠、蘭州化學(xué)工業(yè)公司等單位投入使用，取得了很好的效果。