王老師喊艾紹貴同學回交大(dà)來(lái)上課                                                            

                                                               作者  李品德  王季梅  蔡炯  2014年1月(yuè)于三亞

                                          李品德   陝西電力研究院   王季梅  西安交通(tōng)大(dà)學       蔡炯 杭州松浦電器有限公司

總結

         讀此篇文章(zhāng)者，請先讀懂(dǒng)國家标準GB11022和(hé)國際标準IEC62271.1标準對(duì)應的(de)動穩定的(de)要求，并且了(le)解爲什(shén)麽有這(zhè)個(gè)要求，因爲很多(duō)學生把書(shū)交還(hái)給了(le)學校自立學派，并且說标準已經落伍。

      真空本身是不具備有限流或者是滅弧功能，隻是利用(yòng)真空的(de)介質恢複強度高(gāo)而已，所以要限流或者是截斷故障電流隻能依靠其他(tā)的(de)措施來(lái)完成，比如換流給電阻或者電感甚至是熔斷器。而當觸頭打開時(shí)，真空電弧的(de)弧壓都很低，無法換流。隻能等到故障電流爲零時(shí)，自動換流。故障隻可(kě)能是兩相或者是三相發生短路故障，其次，發生故障都會有非周期電流，換句話(huà)說，到零點的(de)時(shí)間變長(cháng)。爲什(shén)麽在這(zhè)裏強調故障隻可(kě)能是兩相或者是三相呢(ne)，因爲合肥的(de)小夥伴妥妥的(de)給廣大(dà)電力用(yòng)戶甚至電力設計院收了(le)一次智商稅：短路故障竟然是單相形成的(de)，廣大(dà)用(yòng)戶不知道合成回路隻可(kě)能是單相的(de)。用(yòng)合成回路做(zuò)的(de)試驗隻能作爲研究與實際三相故障電流波形完全。

      零損耗深度限流裝置，實際上是首開相放過第一個(gè)波，三相開斷是到第三個(gè)波的(de)故障電流過零後才将電抗器投入系統。隻能解決熱(rè)穩定要求，不能解決動穩定要求。在國網公司公開出版的(de)反事故措施中指出短路損壞的(de)大(dà)型變壓器是在穩态值15kA左右短路電流沖擊下(xià)，在第一個(gè)周波就發生了(le)低壓繞組損壞的(de)情況，可(kě)見第一個(gè)波的(de)重要性。深度限流裝置聲稱可(kě)以在7~15ms，可(kě)以将80kA短路電流用(yòng)50%的(de)電抗器限制到31.5kA。但實際上是深度限流裝置放過前兩個(gè)或者三個(gè)大(dà)半波，電抗器才接入，請注意這(zhè)裏面沒有講有沒有直流分(fēn)量的(de)情況下(xià)而此時(shí)的(de)系統已經經曆沖擊。等過了(le)兩個(gè)半波或者是三個(gè)大(dà)半波真空快(kuài)速開關開斷将電抗器接入後，發電機和(hé)變壓器已經被沖擊電流沖壞了(le)，那麽使用(yòng)深度“限流”還(hái)有什(shén)麽意義呢(ne)？不是忽悠外行人(rén)嘛？

 

 

 

幾個(gè)原則性錯誤：

 

 

 

 

1，短路電流可(kě)以過零前關斷？

 

 

 

                                                

上圖截圖爲山西電科院宣傳片利用(yòng)深度限流裝置所做(zuò)的(de)節能型變壓器。其描述爲“發生短路故障時(shí)，開關可(kě)以5ms内動作，将電抗串到線路裏，限制短路電流”。首先，他(tā)這(zhè)裏是偷換概念，将機械動作5ms定義爲斷路器打開時(shí)間就是電學上打開時(shí)間。任何開關上的(de)關斷應該指電氣上的(de)關斷而不應該是指機構動作的(de)時(shí)間，兩者不能混爲一談。其次，即使機械上動作是1ms，在沒有人(rén)工過零措施的(de)前提下(xià)交流電都是過零關斷，這(zhè)是最基本的(de)常識(能量守恒，電弧的(de)能量在5ms内跑哪裏去了(le)？自己會熄滅？），所以，此處的(de)說5ms動作即沒有意義也(yě)明(míng)顯誤導，這(zhè)類開關實際開斷或者說轉移時(shí)間是多(duō)少呢(ne)？27~30ms，見下(xià)圖，普通(tōng)永磁或者電磁真空10kV斷路器也(yě)就是40ms的(de)開斷速度。如果使用(yòng)深度限流裝置讓變壓器抗住短路耐受峰值并且是30ms，那麽用(yòng)普通(tōng)真空斷路器再加10ms，且行且便宜？ 還(hái)有一個(gè)常識“在短路電流非周期分(fēn)量時(shí)間常數爲45ms時(shí)（在有發電機的(de)情況下(xià)這(zhè)個(gè)時(shí)間常數還(hái)要長(cháng)的(de)多(duō)）”，那麽在遭遇最大(dà)非周期分(fēn)量情況下(xià)，首開相的(de)過零點時(shí)間近17ms，ABC三相短路開斷時(shí)，最快(kuài)的(de)開斷速度就是第三個(gè)半波附近，如下(xià)圖27ms。在深度限流裝置的(de)型式報告上和(hé)中山供電局自己發表的(de)文章(zhāng)中都能體現（見附件）《10_kV零壓降零損耗深度限流裝置的(de)設計與應用(yòng)_蔡根滿》。甯夏甯東供電局杜嚴行寫的(de)《基于零損耗深度限流裝置的(de)某110kV主變中壓側限流技術研究》中寫的(de)“本裝置能在系統發生短路的(de)7~15ms内将短路電流開斷，深度限流電抗器可(kě)将短路電流降至50%以下(xià)”和(hé)南(nán)方電網在招标文件中零損耗深度限流裝置，在其技術文件三相的(de)開斷要求是20ms，“短路故障都是兩相短路發展成三相短路，并且通(tōng)常短路角都是接近90度”，這(zhè)種話(huà)别說是理(lǐ)論上想想就完全不可(kě)能。                                                    題外話(huà)： 附件挂有發明(míng)專利，可(kě)恢複，看看别人(rén)是怎麽做(zuò)？

                                                                                    型式報告三相開斷圖           中山供電局同益站三相 短路時(shí)投入電抗器前後錄波圖，摘自《10_kV零壓降零損耗深度限流裝置的(de)設計與應用(yòng)》

 

 

2，動穩定能力跟時(shí)間有關？   

 廣東中山的(de)李新海曾新雄同學寫的(de)《基于零損耗深度限流技術提升變壓器抗短路能力的(de)研究》中寫到“變壓器承受短路動穩定的(de)能力與短路電流大(dà)小和(hé)短路持續時(shí)間有關”。李新海同學對(duì)标準有異議(yì)并如果能推動标準修訂，那是爲高(gāo)壓電器行業作出實實在在的(de)貢獻。請問之前的(de)變壓器依照(zhào)标準GB1094.5-2008 電力變壓器第5部分(fēn)承受短路的(de)能力  的(de)校核怎麽辦？還(hái)有 隔離刀(dāo)和(hé)母排？即使深度限流裝置開斷時(shí)間短，可(kě)以不按照(zhào)短路耐受峰值來(lái)校核，變壓器發生短路故障累加效應要不要考慮？

動穩定電流是是斷路器處于合閘位置時(shí)通(tōng)過的(de)短路電流。動穩定電流即對(duì)應的(de)是短路峰值電流。國标GBGB/T 11022-1999 4.6條目 額定峰值耐受電流的(de)定義  所有的(de)開關設備和(hé)控制設備應該能承載其額定峰值耐受電流及其額定短時(shí)耐受電流，不得(de)引起任何部件的(de)機械損傷或觸頭分(fēn)離。請注意寫的(de)是耐受峰值電流。動穩定考核的(de)是力的(de)大(dà)小不是功的(de)大(dà)小。查任何教科書(shū)：動穩定是指短路電流、短路沖擊電流通(tōng)過導體時(shí)，相鄰載流導體間将産生巨大(dà)的(de)電動力，衡量電路及元件能否承受短路時(shí)最大(dà)電動力的(de)能力，翻譯過來(lái)就是第一個(gè)半波要能抗的(de)住。國标中動熱(rè)穩定的(de)時(shí)間要求是2S或4S，那是試驗範疇，是把兩個(gè)實驗一起做(zuò)。如果短路耐受峰值與熱(rè)穩定值不統一，動熱(rè)穩定試驗分(fēn)開做(zuò)。舉例說明(míng)：如果故障點是50kA短路電流，短路耐受峰值50*2.55=127.5kA，按照(zhào)設計規範可(kě)以有兩種辦法：用(yòng)開斷40kA斷路器加限流電抗器和(hé)開斷50kA斷路器，如果一定要用(yòng)深度裝置就是開斷50kA斷路器加深度限流裝置（這(zhè)個(gè)的(de)前提還(hái)是變壓器好要能抗的(de)住127kA的(de)短路耐受峰值電流）。

        

 

 

 

 

  以下(xià)摘錄《三種大(dà)容量高(gāo)速開關的(de)比較》作者範玉潔  山東冶金設計院股份有限公司

 

電氣設備都能承受 20 ms 的(de)短路電流沖擊的(de)，常規斷路器的(de)動作時(shí)間 50ms 以上，微機保護計算(suàn)發出命令 20~40 ms。 因此 20 ms 内将電抗器投入限制短路電流和(hé)在 15 ms 内投入限制短路電流沒有區(qū)别。  

聽(tīng)起來(lái)很有道理(lǐ)，範玉潔的(de)忽略的(de)隐含前提是整個(gè)系統的(de)短路峰值沒有超過整個(gè)系統的(de)所有設備的(de)短路耐受峰值。那還(hái)加什(shén)麽限流電抗器啊。更沒必要加深度限流裝置了(le)。

深度限流的(de)是人(rén)爲的(de)先将電抗器退出系統，提高(gāo)系統的(de)短路電流也(yě)提高(gāo)了(le)短路峰值。同時(shí)“電氣設備都能承受20mS的(de)短路電流沖擊“這(zhè)句話(huà)也(yě)應該對(duì)應設備對(duì)應設備最大(dà)短路耐受峰值，如果超出了(le)設備的(de)短路耐受峰值””既然電氣設備都能耐受20ms的(de)短路電流的(de)沖擊的(de)動穩定，就說明(míng)電氣設備能抗的(de)住最大(dà)峰值的(de)電動力的(de)沖擊，後面的(de)電動力随之衰減，後面50ms開斷的(de)斷路器馬上打開了(le)，也(yě)沒有必要再将電抗器投進去了(le)。範玉潔可(kě)能不知道還(hái)有石墨炸彈這(zhè)種東西，人(rén)爲制造第一個(gè)波的(de)巨大(dà)沖擊是電網造成不可(kě)修複的(de)破壞。節能的(de)前提是系統可(kě)靠，而不是爲了(le)節能犧牲系統的(de)可(kě)靠性。

3。第二個(gè)偷換概念是首開相打開就叫做(zuò)開斷。三相短路，假設斷路器首開相過零打開，後面兩相在兩個(gè)半波後再打開。這(zhè)種開斷隻能說是首開相不叫10ms或者20ms開斷。還(hái)有就是“短路角都是90度”的(de)概念，先不說這(zhè)個(gè)短路角90度的(de)概率是90%還(hái)是98%的(de)概率，假定是短路角是90度的(de)概率是100%這(zhè)種不可(kě)能的(de)情況，在三相系統中，首開相如果是90度角，其他(tā)相就不可(kě)能是也(yě)是90度角。這(zhè)個(gè)短路角将決定首開相的(de)零點的(de)時(shí)間。 變壓器A相假如能20ms甚至是10ms内限流保護了(le)，BC兩相的(de)繞組就不管了(le)，随便燒？

 

總之，依據《中華人(rén)民共和(hé)國電力法》第二章(zhāng)電力建設 第14條電力建設項目不得(de)使用(yòng)國家明(míng)令淘汰的(de)電力設備和(hé)技術。不得(de)使用(yòng)不滿足國家标準要求的(de)設備。

 

概念描述

 

1.  電力設備的(de)短路電流耐受能力

 

1.1    兩個(gè)關鍵指标

電氣設備短路電流耐受能力的(de)指标有兩個(gè)參數，其一是熱(rè)穩定能力，其二是動穩定能力。

（1）熱(rè)穩定能力：對(duì)于開關設備叫做(zuò)“額定短時(shí)耐受電流”，對(duì)于變壓器叫做(zuò)“承受短路的(de)耐熱(rè)能力”。對(duì)應于此電流的(de)還(hái)有一個(gè)持續時(shí)間，開關設備一般爲2s~4s，變壓器一般爲2s。兩者共同構成電力設備的(de)熱(rè)穩定能力。

（2）動穩定能力：對(duì)于開關設備叫做(zuò)“額定峰值耐受電流”，額定峰值耐受電流=2.5×額定短時(shí)耐受電流；對(duì)于變壓器叫做(zuò)“承受短路的(de)動穩定能力”，承受短路的(de)動穩定能力=（2.5~2.7）×承受短路的(de)耐熱(rè)能力。

其它電力設備，例如電流互感器、發電機等耐受短路電流的(de)能力的(de)指标名稱與此雷同，核心概念上是一緻的(de)。

1.2 概念及定義

    對(duì)于斷路器，《GB/T11022-2011 高(gāo)壓開關設備和(hé)控制設備标準的(de)共用(yòng)技術要求》（IEC62271-1，2007）及《GB1984-2014 交流高(gāo)壓斷路器》》給出了(le)相關定義：

額定短時(shí)耐受電流I_k（量值上等于額定短路開斷電流），這(zhè)一技術參數主要反映設備承受短路電流熱(rè)效應的(de)能力，俗稱熱(rè)穩定電流。這(zhè)裏的(de)“短時(shí)間”标準值爲2s，也(yě)可(kě)根據需要選取3s和(hé)4s。額定峰值耐受電流I_p（量值上等于額定短路關合電流），這(zhè)一技術參數主要反映設備承受短路電流電動力效應的(de)能力，俗稱動穩定電流。I_p=2.5I_k可(kě)覆蓋大(dà)多(duō)數工況，I_p=2.7I_k則主要用(yòng)于大(dà)容量發電機附近區(qū)域短路的(de)工況。

1.3 短路電流暫态過程的(de)典型波形

（1）配電系統大(dà)多(duō)數情況

假設t=0即短路發生瞬間，正常工作電流，則短路電流i的(de)表達式爲i=周期分(fēn)量+非周期分(fēn)量，即

（1）

短路電流暫态過程的(de)典型波形圖如下(xià)（參見GB1984）：圖1，I_p=2.5I_k。

圖1  額定峰值耐受電流I_p及額定短時(shí)耐受電流I_k

圖1中I_p及I_k兩者之間的(de)數學關系爲：，k爲短路電流沖擊系數。在最不利的(de)短路相角下(xià)，根據大(dà)多(duō)數工況短路時(shí)電路時(shí)間常數45ms附近，k取1.8，即I_p=2.5I_k，這(zhè)個(gè)關系顯然是由電路的(de)物(wù)理(lǐ)過程決定的(de)。

（2）發電機端部短路時(shí)的(de)情況

在發電機端部短路時(shí)，時(shí)間常數遠(yuǎn)大(dà)于45ms，非周期分(fēn)量衰減緩慢(màn)，k可(kě)取1.9。另外，發電機超暫态電抗在短路過程中會發生變化(huà)，緻使短路電流的(de)周期分(fēn)量（交流分(fēn)量）會出現一定的(de)衰減現象，于是大(dà)容量發電機端部短路時(shí)，短

圖2  發電機端部短路典型波形示意（過零點延遲）

路電流波形會出現前一個(gè)或幾個(gè)周波不過零的(de)現象，典型波形如圖2，這(zhè)時(shí)對(duì)具有快(kuài)速分(fēn)閘特性的(de)斷路器或隻具有普通(tōng)非周期分(fēn)量開斷能力的(de)斷路器是個(gè)巨大(dà)威脅。

1.4短路電流耐受能力的(de)驗證方法

在滿足資質的(de)第三方檢驗機構進行試驗驗證。根據GB11022的(de)6.6.4及6.6.5條，通(tōng)過試驗的(de)判據爲：試驗過程中，不得(de)引起任何部件的(de)機械損傷或觸頭分(fēn)離。對(duì)于短時(shí)電流耐受試驗，不規定溫升的(de)限值，但達到的(de)最高(gāo)溫度應不足以引起相鄰部件的(de)明(míng)顯損傷。試驗後，設備應能正常操作，并能再次通(tōng)過溫升試驗及絕緣試驗。

試驗方法方面：

（1）實驗室條件滿足時(shí)，額定短時(shí)耐受電流和(hé)額定峰值耐受電流試驗可(kě)以一次完成，即采用(yòng)電網電源或沖擊發電機電源施加圖1所示波形，持續2s~4s。

（2）實驗室條件不滿足時(shí)，可(kě)以分(fēn)開來(lái)做(zuò)兩項試驗：其一，峰值耐受電流試驗，施加短路電流時(shí)間不應該小于0.3s。這(zhè)就從原理(lǐ)上排除了(le)采用(yòng)振蕩回路試驗的(de)可(kě)能性，因爲振蕩回路提供的(de)衰減正弦波隻能持續幾個(gè)周波，即采用(yòng)振蕩回路的(de)測試是不被标準認可(kě)的(de)，很多(duō)人(rén)錯誤的(de)把0.3s理(lǐ)解爲是考核電動力的(de)累計效應。其二，額定短時(shí)耐受電流試驗，可(kě)以直接施加規定時(shí)間的(de)波形即可(kě)而不必滿足圖1的(de)非周期分(fēn)量。

不管如何試驗，标準規定：對(duì)于額定短時(shí)耐受電流試驗，三相施加電流平均值應不小于額定值I_k，且任何一相的(de)電流與平均值的(de)差别不應大(dà)于10%，且未經制造廠家的(de)同意該平均值不應超過額定值的(de)10%；對(duì)于額定峰值耐受電流試驗，施加電流應不小于I_p，且未經制造廠家的(de)同意不能超過該值的(de)5%。若超過上述規定限值進行試驗而造成試品損壞，将可(kě)能導緻試驗方與試驗委托方之間的(de)責任糾紛。

1.5 對(duì)于電力系統的(de)其它設備

除斷路器之外，電力系統的(de)發電機、變壓器、電流互感器、母線、隔離開關等一次設備均有評估短路電流耐受能力的(de)技術指标。

以變壓器爲例，國家标準《GB1094.5-2008 電力變壓器  第5部分(fēn)：承受短路能力》規定了(le)承受短路的(de)耐熱(rè)能力I及承受短路的(de)動穩定能力i的(de)計算(suàn)方法，i爲I的(de)第一個(gè)大(dà)半波峰值。承受對(duì)稱短路電流的(de)持續時(shí)間：一般爲2s，在此期間，每個(gè)繞組平均溫度不超過标準規定的(de)最大(dà)允許值，通(tōng)過經驗公式計算(suàn)來(lái)驗證，驗證電流與額定值I的(de)偏差應不大(dà)于10%。承受短路的(de)動穩定能力：一是試驗驗證，二是計算(suàn)、設計及制造同步驗證。驗證電流i爲I的(de)第一個(gè)大(dà)半波峰值。若采用(yòng)試驗驗證，則試驗施加電流i與規定值的(de)偏差應不大(dà)于5%。I的(de)偏差應不大(dà)于10%。

I取決于變壓器自身的(de)短路阻抗及電力系統的(de)短路視在容量，對(duì)于50MVA的(de)變壓器（110kV/10.5kV），電力系統默認短路視在容量500MVA，變壓器最小短路阻抗11%，可(kě)以算(suàn)得(de)10.5kV側短路電流約爲13kA，即I=13kA；，k爲短路電流沖擊系數，一般取1.8~1.9，即i=（2.55~2.7）I。

 

也(yě)就是說，對(duì)于實際電力系統，在最不利的(de)電路條件及故障相位角下(xià)，短路電流暫态過程第一個(gè)大(dà)半波的(de)峰值不能超過設備的(de)額定峰值耐受電流，否則設備就存在發生機械損壞的(de)風險。在最不利的(de)電路條件的(de)穩态短路電流不能超過設備的(de)額定短時(shí)耐受電流且持續時(shí)間應小于額定值。

 

 

 

 

 

2  關于電動力的(de)概念

（1）兩個(gè)平行導體間

圖3  兩平行導體間的(de)電動力F₁

F₁=k₁i₁i₂L/a    （2）

其中，k₁爲與導體截面相關的(de)常數，顯然電動力F₁與電流的(de)乘積成正比、與導體長(cháng)度L成正比、與兩導體間的(de)距離a成反比。這(zhè)個(gè)電動力可(kě)以發生在配電系統各相導體之間，也(yě)可(kě)以發生在某相導體自身形成的(de)幾何結構之間。對(duì)于繞組型設備例如發電機、變壓器等，這(zhè)個(gè)電動力顯然還(hái)可(kě)以出現在同相繞組的(de)層間及匝間。

（2）三相母線短路時(shí)母線間的(de)電動力

    三相對(duì)稱短路時(shí)，假設穩态分(fēn)量有效值爲I，一相母線會同時(shí)受到另外兩相母線電動力的(de)作用(yòng)，設計規程規定：在校驗母線或其它電氣設備動穩定時(shí)，應采用(yòng)可(kě)能出現的(de)最大(dà)電動力作爲校驗的(de)依據，即采用(yòng)額定峰值耐受電流對(duì)應的(de)電動力作爲設備動穩定校驗依據。經過證明(míng)，B相所受的(de)電動力最大(dà)，要比A、C相電動力大(dà)7%。B相所受的(de)最大(dà)電動力爲：

F₂=k₂I_ch²L/a      （3）

    其中，k₂爲與空間結構及導體截面相關的(de)常數，I_ch爲三相短路最大(dà)峰值電流，也(yě)稱沖擊電流，L爲導體長(cháng)度，a爲導體間距。顯然I_ch應該小于設備額定峰值耐受電流I_p才是安全的(de)。一般情況下(xià)，I_ch=2.55I；若是直接由大(dà)容量發電機供電的(de)母線短路時(shí)，I_ch=2.7I。

3 關于限流措施

限流措施的(de)核心是降低短路電流水(shuǐ)平包括降低短路電流第一個(gè)大(dà)半波電流峰值，提高(gāo)電路的(de)短路阻抗是唯一可(kě)行的(de)方法，比如使電力系統開環運行、采用(yòng)高(gāo)阻抗變壓器、采用(yòng)限流電抗器、采用(yòng)具有第一個(gè)大(dà)半波限流能力的(de)故障電流限制器（Fault-Current-Limiter：FCL）等等。但是，開環運行、高(gāo)阻抗變壓器、限流電抗器是以犧牲電力系統一些優良性能爲代價，有時(shí)是不可(kě)接受的(de)。FCL則分(fēn)爲超導技術型、電力電子型、爆破切割型等等，目前經濟适用(yòng)的(de)隻有基于爆破切割技術的(de)限流器産品，下(xià)面提到的(de)限流器特指這(zhè)類産品。

高(gāo)壓交流斷路器屬于機械開關類産品，其共性是：（1）速度相對(duì)緩慢(màn)；（2）開斷過程不具備限流特性；（3）在電流自然過零點才有可(kě)能開斷。對(duì)于斷路器，其全開斷時(shí)間=繼電保護響應及動作時(shí)間+斷路器固有分(fēn)閘時(shí)間+燃弧時(shí)間，一般可(kě)達90ms~160ms。對(duì)于特殊的(de)快(kuài)速開關或高(gāo)速開關，固有分(fēn)閘時(shí)間（開關分(fēn)閘線圈通(tōng)電到開關觸頭剛剛分(fēn)離之間的(de)時(shí)間間隔）可(kě)以做(zuò)到5ms以下(xià)，若再采用(yòng)特殊技術使繼電保護裝置的(de)響應及動作時(shí)間縮短到3ms附近，則這(zhè)類斷路器的(de)全開斷時(shí)間可(kě)以降低到10ms~30ms。所以，不論是普通(tōng)斷路器還(hái)是快(kuài)速斷路器，均不可(kě)能實現在短路電流第一個(gè)大(dà)半波限流的(de)需求，也(yě)就是說任何機械類開關産品均不能直接用(yòng)作限流器或限流器部件。

圖4  FCL與斷路器開斷特性的(de)比較

4 關于深度限流裝置

    如圖5右上角小圖所示，深度限流裝置的(de)主導電回路是由快(kuài)速真空斷路器CB和(hé)高(gāo)阻抗限流電抗器XK并聯構成，目前有廠家采用(yòng)這(zhè)個(gè)組合産品來(lái)限制電力系統的(de)短路電流。根據快(kuài)速真空斷路器第三方檢驗報告，其固有分(fēn)閘時(shí)間大(dà)約5ms，但全開斷時(shí)間=故障識别時(shí)間+固有分(fēn)閘時(shí)間+燃弧時(shí)間，可(kě)達約30ms。當系統發生短路故障時(shí)，實際的(de)短路電流暫态過程波形将如圖5所示：

圖5  采用(yòng)深度限流裝置後系統短路電流暫态過程的(de)波形示意圖

    雖然t₀時(shí)刻真空斷路器完成開斷電抗器投入後的(de)I_p2小于額定峰值耐受電流I_p，但在電抗器投入前的(de)I_p1則會明(míng)顯大(dà)于I_p（若I_p1<I_p，則不需要采取任何限流措施），電動力将超過系統承受能力的(de)（I_p1/I_p）²倍。以陝西省電力公司330kV沣河(hé)變爲例，其10kV側無限流電抗器時(shí)的(de)故障電流水(shuǐ)平是90kA，加裝限流電抗器之後的(de)故障電流水(shuǐ)平是34kA，若采用(yòng)快(kuài)速真空斷路器将電抗器旁路，則I_p1=2.5×90kA，I_p2=2.5×34kA，設備短路電流的(de)耐受能力是I_k/I_p=40kA/（2.5×40kA），所以雖然I_p2<I_p，但I_p1>>I_p，而電動力與電流瞬時(shí)值平方成正比，也(yě)就是說此時(shí)設備遭受的(de)最大(dà)電動力将超出其承受能力（90kA/40kA）²=5.06倍！

對(duì)于一個(gè)具體的(de)電力系統，假若采用(yòng)“深度限流”裝置，也(yě)許特殊的(de)開關裝置自身可(kě)以承受圖4的(de)I_p2，但這(zhè)需要國家權威檢測機構的(de)試驗來(lái)證實。更主要的(de)是，電力系統中最薄弱的(de)環節是變壓器、發電機、電流互感器這(zhè)類帶繞組的(de)電力設備，它們的(de)繞組的(de)匝間及層間絕緣結構最怕遭受超額短路電流的(de)沖擊而發生形變甚至損壞。也(yě)就是說，系統中所有電氣設備均沒有接受圖4波形超标的(de)驗證！風險不言而喻。若這(zhè)個(gè)“深度限流裝置”應用(yòng)于發電機出口遇到圖2所示的(de)短路電流延遲過零情況，則情況會更加糟糕。

圖6  短路事故圖片

理(lǐ)論上配電系統各環節均不能接受圖4的(de)波形，至少沒有任何電氣設備接收過這(zhè)種非标準波形的(de)驗證。但由于最大(dà)短路沖擊電流的(de)出現條件是最不利的(de)短路位置和(hé)最不利的(de)相位角，幾率很小，所以并不見得(de)每次短路都會發生設備損壞事故，但電力系統由此而面臨的(de)潛在巨大(dà)風險也(yě)是不争的(de)事實。所以，采用(yòng)“深度限流”裝置是一個(gè)“顧頭不顧尾”的(de)做(zuò)法，即隻顧及了(le)熱(rè)穩定電流耐受能力和(hé)限流設備的(de)可(kě)重複使用(yòng)特性，卻無視動穩定電流嚴重超标對(duì)電力系統帶來(lái)的(de)潛在巨大(dà)風險。

實際工作中，我們發現近90%的(de)電力用(yòng)戶包括設計院的(de)電氣設計人(rén)員(yuán)甚至一些電力工作者對(duì)額定短時(shí)耐受電流和(hé)額定峰值耐受電流的(de)概念及相關校核方法不甚了(le)解，對(duì)短路電流暫态過程及相關标準缺乏認識，對(duì)于短路電流的(de)電動力效應及對(duì)系統的(de)破壞能力缺乏了(le)解，從而導緻對(duì)短路電流限制産生了(le)認識偏差，本文希望能通(tōng)過闡述定義及概念以期達到抛磚引玉的(de)作用(yòng)。 

 

 

6.額定峰值耐受電流的(de)概念

1. IEC及國家标準的(de)定義

（1）對(duì)于開關設備（GB11022）：

（2）對(duì)于電力系統其它設備：比如變壓、母線系統、電流互感器等，在上述定義中去掉“在合閘位置”幾個(gè)字即可(kě)。

 

 

 

相關标準明(míng)确定義：額定峰值耐受電流Ip=額定短時(shí)耐受電流I_km第一個(gè)大(dà)半波的(de)電流峰值。也(yě)就是說，電氣設備要承受住額定短時(shí)耐受電流第一個(gè)大(dà)半波的(de)電流峰值對(duì)應電動力的(de)沖擊不損壞，而不是要求承受之後一段時(shí)間電動力的(de)累積沖擊（或某個(gè)折中電流的(de)沖擊）。電氣設備的(de)機械結構是否穩定，取決于它能否承受住額定短時(shí)耐受電流第一個(gè)大(dà)半波的(de)電流峰值對(duì)應電動力的(de)沖擊。對(duì)于50Hz電力系統，短路電流前20ms（必然出現第一個(gè)大(dà)半波）就驗證了(le)系統機械結構的(de)穩定性。這(zhè)也(yě)是相關标準沒有定義或給出“額定峰值耐受電流持續時(shí)間”概念的(de)原因。所謂的(de)額定峰值耐受電流試驗時(shí)采用(yòng)持續300ms的(de)電流，屬于試驗站具體實施範疇。

 

對(duì)于一個(gè)具體電力工程的(de)設備選型而言，如何選擇設備的(de)額定峰值耐受電流參數？很明(míng)顯，應該首先計算(suàn)或分(fēn)析所涉及的(de)電力系統可(kě)能出現的(de)工頻(pín)故障電流最大(dà)峰值，這(zhè)個(gè)最大(dà)峰值應該小于所選設備的(de)額定峰值耐受電流。如果設計院設計之初的(de)選型是深度限流這(zhè)種避開幾個(gè)半周波的(de)限流措施就有巨大(dà)的(de)風險的(de)，不但背離限流的(de)初衷，反而提高(gāo)了(le)系統的(de)耐受電流。通(tōng)俗地講，裝了(le)深度限流裝置，唯一保護的(de)是電抗器，其他(tā)設備，如變壓器發電機，全部暴露給短路電流沖擊之下(xià)。

 

  

2. 具體例子

（1）對(duì)于圖1，假若圖中的(de)穩态短路電流=額定短時(shí)耐受電流，則額定峰值耐受

電流=I_p=1.8I_k=2.5I_km。

 

圖1

（2）對(duì)于圖2，電路在t₀時(shí)刻回路阻抗變大(dà)導緻後續短路電流變小，預期穩态

圖2

 

電流峰值由t₀時(shí)刻前的(de)I_k變爲之後的(de)I_k2。對(duì)于這(zhè)種情況，根據标準的(de)定義，系統的(de)額定峰值耐受電流=I_p=1.8I_k=2.5I_km，而不應該是降低到1.8I_k2的(de)水(shuǐ)平。

    對(duì)于電動力來(lái)說，它與回路暫态電流的(de)平方成正比。假設圖2中I_k=1.8 I_k2，則電動力的(de)沖擊将是1.8²=3.24倍，這(zhè)種沖擊力對(duì)于機械結構特别是帶有繞組的(de)電氣設備的(de)絕緣結構的(de)損壞是瞬間的(de)和(hé)災難性的(de)。

 

換而言之，若将系統電氣設備的(de)額定峰值耐受電流降低到1.8I_k2的(de)水(shuǐ)平，系統将存在重大(dà)安全隐患，因爲系統實際承受的(de)故障電流暫态峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大(dà)于1.8I_k2的(de)水(shuǐ)平。作爲一個(gè)學者嚴格的(de)說，不是每一次故障都能碰到最大(dà)值，跟所處的(de)相角有關，所以說使用(yòng)風險比較大(dà)。

 

編者注：深度限流裝置宣傳“可(kě)在7～15毫秒内可(kě)将短路電流開斷”“短路開斷能力可(kě)輕松達到80KA”。其原理(lǐ)是發生故障時(shí)滅弧室打開故障電流從真空滅弧室轉移給限流電抗器，進行限流的(de)原理(lǐ)。請問艾紹貴同學周孝信院士和(hé)王川博士真空滅弧室在開斷7毫秒或者15毫秒時(shí)或者之前的(de)弧壓是多(duō)少？随便一種規格的(de)10kV2000A限流電抗器的(de)阻抗或者電阻是多(duō)少？歐姆定理(lǐ)還(hái)應該是電壓除以電阻等于電流的(de)關系吧？真空弧壓除以電抗電抗就是轉移電流的(de)大(dà)小，請問怎麽“輕松”得(de)出來(lái)的(de)80kA？10kA也(yě)得(de)不出來(lái)。也(yě)就是說7~15ms時(shí)刻10kA的(de)電流都轉移不了(le)，首開相能在7~15ms内斷開那也(yě)是等過零關斷，因爲燃弧時(shí)間少燃弧能量少介質恢複強度快(kuài)的(de)緣故。另外兩相如果也(yě)可(kě)以在7~15ms斷開，那就要改寫課本了(le)“交流電可(kě)利用(yòng)快(kuài)速分(fēn)斷的(de)方法實現不用(yòng)過零關斷”，這(zhè)笑(xiào)話(huà)就大(dà)了(le)。

 

 

 

 

這(zhè)是個(gè)網絡時(shí)代，三位同學都能看得(de)到，歡迎上面三位同學可(kě)以拿著(zhe)深度限流裝置在西高(gāo)所開斷80kA的(de)型式報告到陝西省電力司法鑒定中心（全國唯一的(de)電力司法鑒定中心）來(lái)切磋。

 

 

 

以下(xià)文字摘自網絡“ 由國網甯夏電力負責完成的(de)國家電網公司重大(dà)科研項目——“快(kuài)速開關型零損耗330kV電網限流裝置研制”科技成果順利通(tōng)過科技鑒定。以中國科學院周孝信院士等省内外資深專家組成的(de)鑒定專家委員(yuán)會給予了(le)高(gāo)度評價，認爲該項目根據甯夏電網乃至全國電網限制系統短路電流的(de)迫切需要，在國際上率先開展了(le)快(kuài)速開關型零損耗330千伏電網限流裝置研制，填補了(le)該領域國際空白，快(kuài)速限流技術居于國際領先水(shuǐ)平，同意通(tōng)過科技成果鑒定，并建議(yì)加快(kuài)研究成果在甯夏和(hé)全國電網的(de)推廣應用(yòng)。”

 

填補國内空白，是對(duì)的(de)，居于國際領先，過了(le)。周院士可(kě)能是搞二次的(de)不是搞一次的(de)。甯夏電力做(zuò)的(de)試驗也(yě)是單相短路試驗跟三相短路完全是兩回事，何況有發電機的(de)用(yòng)戶發生故障時(shí)還(hái)有直流分(fēn)量，非周期分(fēn)量衰減就超過20ms。在330kV線路上會有電磁環網造成的(de)短路電流上升斷路器打不開的(de)情況，電磁環網閉合根據不同系統參數有可(kě)能形成的(de)時(shí)間超過30~40ms，利用(yòng)這(zhè)種開關做(zuò)串補是可(kě)以的(de)。     苑舜

 

10_kV零壓降零損耗深度限流裝置的(de)設計與應用(yòng)_蔡根滿.pdf

GB1094.5-2008電力變壓器第5部分(fēn)承受短路的(de)能力.pdf

 

GB／T11022-2011高(gāo)壓開關設備和(hé)控制設備标準...pdf

 

 

發明(míng)專利開斷器.jpg