谈开关消除电抗器中串联电抗器的漏磁通 摘 要：利用大容量高速开关装置，在正常运行时将串联电抗器短接，消除电抗器漏磁通对其周围的金属产生的涡流发热；在发生短路情况下该装置快速断开，重新将电抗器投入，限制短路电流。
关键词：漏磁通；电抗器；串联电抗器；短路电流；涡流发热；
一、前言
众所周知，电力系统中，串联电抗器主要作用是当供电系统发生短路故障时，利用其电感特性，限制系统短路电流。这样可以降低短路电流对系统的冲击，同时降低断路器的额定开断容量，节省投资费用；但使用串联电抗器后，会发生很强的漏磁通，对周围供电设备、建筑物以及通讯设施都会产生较大的影响，甚至造成设备异常。如何消除和屏蔽串联电抗器产生的漏磁通，已经成为电力系统正常运行中所面临的一个非常重要的问题。
二、电抗器中串联电抗器漏磁通问题的分析与提出
110变电站是我厂的总降压变电所，ll0kV系统为双回路供电，采用内桥接线，50MVA的主变压器(110kV/6.3kV)两台，在每台变压器的6kV侧，串有两台电抗器分别给两段6kV母线供电，6kV系统采用单母线四分段开环式接线，该变电站供电系统主接线图见图1。
在该变电站投运交接验收过程中，发现当每段6kV进线断路器负荷达到其额定容量的70％时，进线柜背板和侧板出现温度升高的现象，当环境温度为25℃时，温升△T达到35K，超出了国家温升标准30K的要求范围。此外，电抗器与进线柜之间的围栏的连接铝板发热也比较厉害，将铝板拆掉，用导线连接后，测量电流可达68A以上。对现场的磁场强度进行测试，发现磁场强度比较大，超出了正常水平。经综合分析，认为主要是由于串联电抗器的漏磁通过大，而电抗器与进线柜距离较近(电抗器和6kV开关柜安装在同一配电室内)，在进线柜背板和侧板上形成涡流，致使6kV进线柜发热。由于110变电站已经建成投运，电抗器安装位置也无法调整，所以消除串联电抗器的漏磁通成为解决6kY进线柜发热问题的关键。
三、电抗器中串联电抗器漏磁通问题的解决
1. 解决思路
为了解决这个问题，经过技术咨询和考察，发现利用国内一种大容量高速开关装置(简称FSR装置)可消除串联电抗器的漏磁通影响。具体解决办法是将FSR装置并联在电抗器两端，如图2。
正常运行时，串联电抗器被FSR短接，进线负荷电流基本上全部从FSR装置中流过，使串联电抗器不流过电流，从而可消除电抗器漏磁通的产生，进而彻底解决进线柜发热的问题。6kV系统发生短路时，FSR装置快速分断，将串联电抗器投入主回路中限制短路电流，而短路故障仍由故障处断路器开断。
2.FSR装置的工作原理
该装置主要由桥体FS、熔断器FU、非线性电阻FR及测控单元等组成，简称FSR，如图3。
(1)桥体FS：因FS电阻为uΩ级，而熔断器FU电阻为mΩ级，故正常时工作电流经桥体流过，短路时接到测控单元的分断命令后，在0.15ms之内爆破断开，电流转移到熔断器FU。
(2)熔断器FU：FS断开后，全部短路电流转移到熔断器，在0.5ms以内熔断器熔断，并产生足够的弧压。
(3)非线性电阻FR：熔断器熔断时产生的弧压使其导通，吸收电感中存在的磁能及电源注入的能量，使熔断器顺利熄弧，同时把开断时的过电压限制在2.5倍的额定相电压之内。
(4)测控单元：检测电流和电流变化率，当电流幅值和电流变化率同时超过整定值时，判断为短路发生，采用三个相同的独立工作的CPU部件，以“三取二”表决方式判断，向桥体发出分断命令。
3. FSR装置的特点
(1)载流量大：目前国内真空断路器额定电流只能做到4kA，而FSR装置最大额定电流可做到12kA，完全可满足目前电力系统的需要。
(2)开断速度快：短路电流在1ms以内被截流，3ms之内衰减为零，故障被完全切除。与传统的断路器继电保护方式相比，短路故障切除速度提高20倍以上。
(3)开断过程中无危害性过电压：氧化锌良好的非线性特性，可将开断过电压限制在2.5倍的额定相电压以内。
(4)开断容量可以足够大：目前可做到240kA，足以满足一般情况下切断短路电流的需要。
(5)灵敏度更高：故障时电流变化率增加明显，该装置引入了电流变化率作判据，灵敏度更高。
4.FSR装置动作电流整定原则
(1)当初在6kV母线进线处设计串联电抗器，其目的是降低6kV系统三相短路电流。发生三相短路故障时，电抗器应可靠投入，从而要求FSR装置在短路电流上升的初始阶段应可靠断开，故FSR动作值应取90％的三相短路电流值。
(2)其它负荷正常运行时，应躲过最大配电变压器空载合闸电流，并取1.3倍的可靠系数。
(3)其它负荷正常运行时，应躲过最大电动机的启动电流，也取1.3倍的可靠系数。
综合以上三种情况，选择最大电流做为FSR装置的动作电流
5.应用实践
2013年5月17日，我厂110变电站分散安装的12台FSR装置全部送电成功，消除串联电抗器漏磁通产生的问题比较明显。2013年6月19日，我厂6kV系统发生了电缆短路故障，1#电抗器并联的FSR装置准确动作，并将1#电抗器安全可靠地串入主回路中,保证了该变电站供电系统正常运行。
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四、结束语
采用FSR装置与限流电抗器并联的先进技术方案后，不但解决了串联电抗器为了限制系统短路电流而带来的电能损耗、系统电压波动加剧、强大的漏磁场对变电站内的金属构件产生的涡流发热、影响混凝土基础和厂房寿命、使通讯系统及计算机监控系统受到严重干扰以及对人身心健康造成很大危害等一系列突出问题，而且还保留了串联电抗器限制短路电流的功能。 |
