1 項目背景
1.1 系統簡介
目前公司機組建設規模為6爐5機：（3*130t/h+2*220t/h+1*220t/h）高溫高壓煤粉煤爐+（1*C25MW+4*B25MW）汽輪發電機組。5臺發電機組均經升壓至110kV接入電網，具體一次主接線圖簡化如下：
圖一 （一次主接線簡圖）
根據主接線圖顯示，其中1#、3#、4#及5#主變均為三卷變，三卷變的中壓側均為35kV，35kV共計有四段母線，均為用電負荷。而5臺發電機出口均設計有發電機出口斷路器，且廠用支路上均配置有限流電抗器。全廠發電機6kV廠用母線共計有六段，另有一段6kV備用母線段。
1.2 基本參數
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序號 |
項目 |
內容 |
備注 |
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1 |
一次系統主接線圖 |
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電子版 |
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2 |
110kV側短路容量 |
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不詳 |
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3 |
1#、3#、4#及5#主變 |
變比 |
121/38.5/6.3kV |
銘牌 |
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額定容量 |
40MVA |
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高-中短路阻抗（主分接） |
18.36% |
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高-低短路阻抗（主分接） |
10.35% |
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中-低短路阻抗 |
6.63% |
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4 |
2#主變 |
變比 |
121/6.3kV |
數據不詳 |
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額定容量 |
40MVA（估值） |
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短路阻抗 |
10.5（估值） |
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5 |
發電機 |
額定功率 |
30MW |
溝通 |
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額定電壓 |
6.3kV |
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功率因數 |
0.8 |
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超瞬變電抗 |
14.5 |
查手冊 |
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6 |
廠用電抗器 |
額定電壓 |
6.3kV |
溝通 |
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額定電流 |
1200A |
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電抗率 |
6% |
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表一 （基本情況）
以上存在個別數據不詳，但并不影響整個技術方案的設計。其中2#變容量初步也認為為40MVA，而110kV短路電流按28kA考慮（本工程的110kV斷路器額定開斷是40kA，一般短路電流校核留有30%冗余，即實際短路電流一般不大于40kA*（1-30%）=28kA），當然本方案為初步階段，后期根據更新的資料予以修正方案的某些參數。
1.3 客戶述求
為了限制廠用系統的短路電流超標，廠用支路加裝了限流電抗器，但其運行發熱嚴重，即功耗較大，期待尋求一種有效的節能降耗降溫的設備或方法。
2 系統分析
2.1 短路電流核算
采用標幺值算法，設Sj=100MVA，Uj=6.3kV，Ij=5.5kA。
110kV側系統短路阻抗標幺值：
本站6kV各母線段及35kV母線段均按分列運行方式考慮，35kV側均為無源系統，后續短路計算及分析均以1#發變系統為代表，其它發變系統基本一致。
110kV兩段母線按并列運行考慮。
發電機短路阻抗標幺值：
變壓器短路阻抗標幺值：
廠用側電抗器阻抗標幺值：
繪制等值阻抗圖如下：
圖二 （等值阻抗圖）
簡化計算：
圖三 （等值阻抗簡化圖）
通過計算可以看出，在發電機廠用支路電抗器沒有投入時短路電流有56.55kA，而增加了電抗器后僅為14.77kA，廠用饋線遮斷容量31.5kA的真空斷路器完全可以開斷，故本工程廠用電抗器的參數不需要做調整。
2.2 串聯電抗器的弊端
現代電網容量擴大及新建更多的自發電機組導致系統短路電流嚴重超標，短路電流過大嚴重影響支路斷路器成功開斷，必須采取限流措施，加裝限流電抗器。
但單純加裝限流電抗器長期再系統運行帶來損耗及壓降等諸多問題，具體分析如下。
（1）電壓降問題
（2）直接串聯限流電抗器，在系統有大的波動時（如啟動大容量電動機時），產生大的電壓降影響其它設備正常運行。
（3）電磁漏磁問題
限流電抗器多為空心電抗器，正常運行時產生的漏磁場不僅會惡化周圍設備的電磁環境，導致通訊系統異?；蚶^電保護不正常動作，如果干式空心電抗器周圍有磁性元件的話，還可能會造成干擾，對控制設備以及通訊設施會產生極大的危害。
干式空心電抗器本身束磁能力很差，漏磁通很大，很容易加熱周圍的導磁物質如金屬護欄、各種金屬管線、鋼筋等。漏磁場還將造成附近金屬構架或金屬殼體的附加渦流發熱損耗。長期運行在磁場作用下，周圍金屬導磁物質接觸不良點易嚴重發熱甚至打火。對建筑物和設備的安全有很大的影響。目前除增加干式空心電抗器與導磁物質的距離外無其他有效解決辦法。
（4）功率損耗問題
根據現有技術參數，我們計算了限流電抗器長期運行的功率損耗如下表：
從經濟的角度來看，系統限流電抗器長期運行，在投運帶負荷時，電抗流通額定電流，在電抗兩端產生壓降。這勢必會產生有功無功損耗。從用電設備的產能來看，隨著用電負荷的增加，系統限流電抗器長期運行，也將降低用電生產設備的產能。
如果采取一定的措施即可滿足限流效果又可無損耗無壓降無運行發熱才是企業最期盼的結果。
3 技改方案
將原限流電抗器與ZLB零損耗深度限流裝置并聯運行，就可以達到無損耗無壓降無發熱的效果。該裝置采用加拿大Max-Swi公司的VFC真空渦流驅動快速開關，正常情況下VFC開關合閘，在短路故障時需要投入電抗器則動作，動作完短路故障解除則自行退出電抗器，達到節能減耗，免維護的效果。
單發變組一次主接線如下：
圖四 （一次主接線圖）
3.1零損耗深度限流裝置簡介
（1）ZLB一次原理圖
(2) ZLB工作原理描述
正常運行時
系統正常運行時，高速渦流驅動開關處于合閘狀態，本裝置深度限流電抗器，無電流通過，表現為無損耗，無壓降。
當系統發生短路故障
高速渦流驅動開關快速開斷，本裝置可在10ms內投入限流電抗器，使系統所受的短路沖擊大大降低，保護系統內變壓器等電氣設備。
系統短路故障切除后
當短路故障切除后，測控單元根據設定程序立即給高速渦流開關發出合閘命令，限流電抗器退出，系統即可恢復正常運行，也可以采用手動方式，將電抗器退出系統運行。
3.2 零損耗深度限流裝置參數設計
根據系統短路電流核算，目前的限流電抗器參數可以適用本系統，可以將短路電流控制在較低水平。
而ZLB零損耗深度限流裝置可以按如下參數設計：
額定電壓：6kV
額定電流：3150A（開斷電流選型較大，對應額定電流需要調至3150A）
額定開斷電流：63kA
ZLB型號：ZLB-Q-6kV-3150A/63kA
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序號 |
技術特性 |
單位 |
額定參數 |
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電壓參數 |
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1 |
額定電壓(Ur) |
kV |
6 |
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2 |
額定絕緣水平 |
斷口額定短時工頻耐受電壓(Ud)（1min） |
kV |
42 |
|
斷口額定雷電沖擊耐受電壓(Up) |
kV |
75 |
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|
3 |
額定頻率(fr) |
Hz |
50 |
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電流參數 |
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4 |
額定電流(Ir) |
A |
3150 |
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5 |
額定短路開斷電流 |
kA |
63 |
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6 |
額定短路電流開斷次數 |
次 |
＞100 |
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機械參數 |
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7 |
額定分閘時間 |
ms |
≤5 |
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8 |
額定合閘時間 |
ms |
≤20 |
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9 |
合閘彈跳時間 |
ms |
≤ |
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3.3 安裝布置方案
筒式ZLB與限流電抗器并聯
如果現場的電抗器室空間較大，可以安裝分相的筒式限流開關裝置，電抗器與ZLB限流開關之間采用母排或電纜并聯。
柜式ZLB與限流電抗器并聯
如果現場的電抗器室空間緊湊，不足以安裝分相的筒式ZLB，建議采用柜式ZLB裝置，裝置可以安裝在護欄外，也可以與其它開關柜放置，通過電纜與限流電抗器并聯。
