某公司總承包的印尼項目最初規劃建設一條日產(chǎn)10000t熟料水泥生產(chǎn)線(xiàn)，供配電系統設計方案為由一路引自當地國家電網(wǎng)的高壓線(xiàn)路提供電源和設立兩臺45MVA主變壓器的單母線(xiàn)分段運行系統。在建設后期階段受限于當地電網(wǎng)的不穩定性和容量不足，業(yè)主又投資建設一座配套60MW自備燃煤電廠(chǎng)，以保證水泥工廠(chǎng)正常投產(chǎn)，該電廠(chǎng)提供一路11kV出線(xiàn)給水泥廠(chǎng)提供電源，同時(shí)跨接在兩段母線(xiàn)上，實(shí)際形成了單母線(xiàn)運行系統。

隨著(zhù)水泥市場(chǎng)的發(fā)展，投資方順應形勢，擴建一條日產(chǎn)10000t熟料生產(chǎn)線(xiàn)，同時(shí)配套建設2×15MW低溫余熱發(fā)電系統，這也是國外水泥廠(chǎng)發(fā)展的一個(gè)主要特征。通過(guò)對擴建后系統運行方式和電力平衡預測，二期不再新建總配電站，而是在一期基礎上進(jìn)行擴建或改造，形成多電源的單母線(xiàn)運行系統，其供配電系統如圖1所示。該電力系統局域網(wǎng)中供電電源由四部分組成：外部國家電網(wǎng)(PLN)、自備燃煤電廠(chǎng)及兩條低溫余熱發(fā)電系統。

圖1 服務(wù)器印尼巴亞項目供配電系統等效模型

水泥工廠(chǎng)電力系統的實(shí)際運行中，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，但其危害最為嚴重。因此，電力系統設計中常用三相短路來(lái)進(jìn)行電力設備能力校驗。本項目的三相短路電流分析是通過(guò)ETAP專(zhuān)業(yè)電力系統分析軟件仿真計算，基于IEC標準算法。通過(guò)建模運算，印尼巴亞項目的三相短路電流分析結果如表1所示。計算結果表明，在未進(jìn)行短路電流限制措施時(shí)，總降主母線(xiàn)的三相短路電流值達到52.854kA，遠超過(guò)一期電氣設備的短路耐受值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 印尼巴亞項目三相短路電流分析(無(wú)限流措施)

結合工作實(shí)踐，對于水泥工廠(chǎng)供配電系統的傳統短路電流限制措施主要有以下幾種：

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

(2)提高配電電壓等級。提高中壓配電的電壓等級能有效地降低短路電流水平。

(3)采用高阻抗設備。主要是通過(guò)增大系統阻抗來(lái)實(shí)現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)需要綜合考慮系統的短路電流、穩定和經(jīng)濟等多方面因素。

(4)串入普通限流電抗器。通常在線(xiàn)路接入處或母線(xiàn)聯(lián)絡(luò )處串入電抗器，運行方法簡(jiǎn)單便捷，但對于電力系統的潮流分布、穩定性存在一定影響，增加了系統的無(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(mǎn)足系統短路電流水平，但此種方法設備的投入成本高，對于具有老生產(chǎn)線(xiàn)的項目需要對其設備進(jìn)行改造，總投資較大，工期也較長(cháng)。

印尼巴亞項目二期建設過(guò)程中，一期水泥生產(chǎn)線(xiàn)正常生產(chǎn)運營(yíng)，上述傳統方案中的1、2、3、5條四種方案顯然是不適用的，對于設備的改造成本較大，且會(huì )較長(cháng)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。由于現場(chǎng)條件的限制，不能直接采用傳統短路電流限制措施已達到該項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(mǎn)足系統運行要求。

對于額定頻率50Hz和直流時(shí)間常數為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)，達到峰值?？焖俟收想娏飨蘖髌?下文簡(jiǎn)稱(chēng)：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，確保系統運行安全。目前國內外均有成熟的快速限流器產(chǎn)品，且有應用業(yè)績(jì)。

3.1 快速故障電流限流器的應用方式

(1)應用于系統互聯(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。當短路故障發(fā)生在系統的饋線(xiàn)上時(shí)，通過(guò)母聯(lián)位置快速限流器的開(kāi)斷，將系統成母線(xiàn)分列運行，達到限流目的。

圖2 快速故障電流限流器應用于系統互聯(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，快速限流器開(kāi)斷將短路電流在上初始階段轉移至電抗器，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)應用于發(fā)電機饋線(xiàn)。當系統新增一臺發(fā)電機(或其他電源系統)并入原有電網(wǎng)時(shí)，發(fā)電機反饋的額外短路電流將有可能導致系統網(wǎng)絡(luò )允許通過(guò)的短路電流超過(guò)原設計額定允許值，可在饋線(xiàn)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用于發(fā)電機饋線(xiàn)

3.1 快速故障電流限流器在印尼項目中的應用

根據印尼項目多電源供配電系統特征，已經(jīng)快速限流器的工作原理和動(dòng)作特性，快速限流器在本項目應用時(shí)需要滿(mǎn)足兩個(gè)基本原則：①當系統出現短路故障，快速限流器開(kāi)斷后，剩余系統的短路電流值不超過(guò)設計能力；②當快速限流器開(kāi)斷后，剩余系統能繼續維持運行，對生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的影響減小到最低或無(wú)影響。因此，印尼項目中，采用了上述應用方式3，即快速限流器應用于低溫余熱發(fā)電系統的饋線(xiàn)處，如圖5所示。

圖5 快速限流器(FCL)應用方案模型

當發(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軟件仿真計算，安裝快速限流器后的系統短路電流最大值為38．716kA，滿(mǎn)足設計要求。

快速限流器運用的短路限流措施，達到了設計理想效果。首先，滿(mǎn)足兩個(gè)基本設計原則，達到限流目的。當發(fā)生短路故障，迅速將余熱發(fā)電系統切開(kāi)，剩余的負荷系統通過(guò)自備燃煤電廠(chǎng)和外部國家電網(wǎng)繼續供電，保證了生產(chǎn)線(xiàn)持續運行。其次，避免了對現有系統大規模的改造，如更換斷路器、電纜等，縮短了現場(chǎng)施工周期，減少了項目建設的投資成本。

近年來(lái)，水泥企業(yè)的發(fā)展和擴建過(guò)程中，尤其是在電網(wǎng)欠發(fā)達的海外項目中，配套電廠(chǎng)和低溫余熱系統的應用，構成了多電源特征的水泥工廠(chǎng)供配電系統，導致了短路電流異常高或超過(guò)原有設備的允許值?？焖傧蘖髌鞯膽?，是因系統擴容導致的短路電流水平異常高、用戶(hù)又無(wú)法大規模整改難題的最佳解決方案?？焖傧蘖髌饕云洫毺氐膬?yōu)勢在電力系統局域網(wǎng)短路電流限制措施工作發(fā)揮了重要的作用。

作者：孫強，呂滿(mǎn)根，朱帥

來(lái)源：《中國中材國際工程股份有限公司(南京)》

微信公眾號：備件網(wǎng)（關(guān)注查詢(xún)更多資訊）

（本文來(lái)源網(wǎng)絡(luò )，若涉及版權問(wèn)題，請作者來(lái)電或來(lái)函聯(lián)系?。?/p>