AMY-ZLB零損耗深度限流裝置

如圖，當(dāng)d點(diǎn)發(fā)生三相短路故障時(shí)，流過斷路器k的短路電流Id為變壓器 T提供的短路電流ldT 、發(fā)電機(jī)G提供的短路電流ldG、 電機(jī)群提供的反饋電流If之和，即所有電源提供的短路電流和電動機(jī)的反饋電流總和 ，— 旦該值超過斷路器 K的額定開斷電流時(shí)， 稱為短路電流超標(biāo)。

短路電流超標(biāo)示意圖

電力系統(tǒng)針對短路電流超標(biāo)的典型治理方案是：在電源的線路上串聯(lián)限流電抗器來限制短路   電流， 如圖中變壓器線路中的 XkT和發(fā)電機(jī)線路中的XkG, 二者可分別或同時(shí)使用，—旦發(fā)生短路故障 ，可將超標(biāo)的短路電流限制到斷路器k的遮斷電流以內(nèi)。

因此，此種用法的限流電抗器應(yīng)能長時(shí)通流，而且電抗率不宜過大。 

串聯(lián)電抗器限流示意圖

長時(shí)通流電抗器，流過工作電流，不僅產(chǎn)生有功損耗，其無功功率也侵占了電源系統(tǒng)視在功率中的有功部分，降低了電能的利用效率，并且其無功電流在電網(wǎng)上傳輸也會產(chǎn)生線路損耗，依據(jù)國標(biāo)GB1 2497,—臺l OkV-2.SkA/12%的電抗，按照70%的負(fù)荷率，年8000小時(shí)的綜合損耗計(jì)算見下表。

電抗的損耗相當(dāng)可觀，于是，出現(xiàn)了爆炸橋并聯(lián)限流電抗器的節(jié)能方案（見圖），通過爆炸橋的旁路效果，可消除電抗器長期運(yùn)行期間的損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。該方案的節(jié)能概念很快就被廣大用戶所接受。

爆炸橋并聯(lián)電抗器原理固

見圖，爆炸橋是—種內(nèi)置炸藥的金屬載流橋體與限流熔斷器并聯(lián)的組合電器。

其工作邏輯是，由橋體承載工作電流，當(dāng)d點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，橋體迅速炸斷，將短路電流換入與之并聯(lián)的熔斷器中，然后由熔斷器完成短路電流向與之并聯(lián)的限流電抗器中的轉(zhuǎn)換，究其本質(zhì)來說，爆炸橋是—種開斷電流比較大的特種熔斷器。

爆炸橋原理圖

實(shí)際使用證明，爆炸橋的旁路作用可以有效節(jié)能！消除了電抗器的無功電流在線路上的損耗，同時(shí)解放了電源的有功輸出能力，提高了電能利用效率。

后來發(fā)現(xiàn)，爆炸橋一旦動作后，則必須盡快更換配件，否則電抗器又得繼續(xù)耗能，而更換配件還需要支付昂貴的費(fèi)用，節(jié)能省的錢還得花出去，如果多出現(xiàn)幾次短路故障，反而要倒賠，出現(xiàn)了節(jié)能但并不省錢的尷尬現(xiàn)象。

爆炸橋這種“一次性”的使用特點(diǎn)并不符合用戶省錢的需求，但節(jié)能又勢在必行，因此，需要一種與爆炸橋相當(dāng)?shù)目煞磸?fù)使用的電抗器旁路設(shè)備來替代爆炸橋。

既然是可反復(fù)使用的，又得起到旁路作用的，從特征上來看，這種設(shè)備只能是斷路器。首先，這種斷路器必須分閘快，快到能在常規(guī)斷路器滅弧室觸頭出現(xiàn)剛分之前就能完成電流轉(zhuǎn)換；其次，要開斷能力強(qiáng)，強(qiáng)到可以開斷沒有被電抗器限制的超標(biāo)的短路電流。

快速斷路器除了應(yīng)滿足常規(guī)斷路器的所有要求外，還應(yīng)具備以下重要指標(biāo)：

a)機(jī)械固有分閘時(shí)間：<Sms

b)額定短路電流開斷能力 ： 40-BOkA

以快速斷路器為主要元件，配合快速測控裝置，形成一個(gè)可反復(fù)使用的“快速換流器”，與限流電抗器并聯(lián)，組成—種可反復(fù)使用的開關(guān)式節(jié)能型限流裝置。

如圖所示， AMY-ZLB 系列零損耗深度限流裝置（以下簡稱AMY-ZLB 裝置）是由“換流器”與“限流電抗器”并聯(lián)而成的智能型限流設(shè)備，再 經(jīng)由Kl、K2點(diǎn)串接在供電線路中。

其中“換流器” 是以民揚(yáng)公司制造的VSC系列“渦流驅(qū)動” 快速斷路器為主要元件的并整合了短路電流快速判斷的測控裝置的組合 電器；“限流電抗器”正常運(yùn)行時(shí)被換流器旁路處于退出狀態(tài)，損耗為零，僅在短路故障時(shí)才投入，故障解除后再自動退出。

AMY-ZLB 控制系統(tǒng)包括中繼控制器和三個(gè)分相控制器 ，其中中繼控制器裝在現(xiàn)場操作柜中，分相控制器分別內(nèi)置在各相換流器內(nèi)。

分相控制器獨(dú)立控制各相換流器單元，中繼控制器通過光纖與各分相控 制器聯(lián)絡(luò)，顯示各相換流器狀態(tài)信息并可維護(hù)定值，還可提供數(shù)據(jù)接口和信號節(jié)點(diǎn)與中控室計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)通信。

VSC處于合閘位，換流器承載線路工作電流，AMY-ZLB 呈零阻抗?fàn)顟B(tài)，表現(xiàn)為零損耗，無壓降， 同時(shí)不會產(chǎn)生磁場污染。

當(dāng)且僅當(dāng)分相控制器通過羅克CT信號檢出了超過AMY-ZLB啟動定值的超標(biāo)短路電流時(shí)，命令VSC及時(shí)分閘，AMY-ZLB 裝置可在20ms內(nèi)投入限流電抗器而呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，將短路電流限制在預(yù)期值以內(nèi)，確保常規(guī)斷路器可靠開斷短路故障。

(a) 若分相控制器通過返回CT檢出的電流小于返回定值時(shí)，說明短路故障已排除，命令VSC及時(shí)合閘，AMY-ZLB 裝置可在20ms內(nèi)旁路限流電抗器而呈零阻抗?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)即可恢復(fù)正常運(yùn)行；

(b) 若分相控制器通過返回 CT檢出的電流達(dá)不到返回定值時(shí)，說明系統(tǒng)沒有排除短路故障，也即VSC—直處于分閘狀態(tài)，達(dá)到2s時(shí)間，為自我保護(hù)，命令VSC合閘，此功能也作為AMY-ZLB誤分之后的自愈保護(hù)。 

按照關(guān)于“VSC”渦流驅(qū)動“快速斷路器”的內(nèi)容。

換流器部分主要由VSC快速斷路器和響應(yīng)的測控元件組成， 測控元件包括：羅克CT、分相控制器和薄膜電容器等。

羅克CT,學(xué)名Ro gow ski線圈（洛氏線圈），是—個(gè)均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈，輸出的是電流對時(shí)間微分的電壓信號，通過積分，就可以真實(shí)還原輸入電流，通常安裝在滅弧室的動觸頭側(cè)，有以下特點(diǎn)：

由千羅克CT不含鐵磁性材耜，無磁滯效應(yīng)，相位誤差幾乎為零，也無磁飽和現(xiàn)象， 因而可測量大電流而不需要過大的體積； 與帶鐵芯的傳統(tǒng)互感器相比 ， 羅克CT具有測量范圍寬，精度高，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，用在AMY-ZLB 裝置上，可精確測量較大的短路電流。

羅克CT輸出變比由外部電路和算法決定，因此羅克CT無需單獨(dú)校準(zhǔn)，而是與控制器聯(lián)合校準(zhǔn)。

分相控制器根據(jù)羅克CT的信號，通過特殊算法，對短路電流信號處理，可在2ms左右計(jì)算出短路電流的周期分量、非周期分量、短路初始角，并結(jié)合斷路器的機(jī)械固有分閘時(shí)間做出適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，控制斷路器在短路電流過零時(shí)刻前分閘，實(shí)現(xiàn)大容量換流功能。

VSC系列“渦流驅(qū)動”快速斷路器采用薄膜電容器儲能，作為斷路器的驅(qū)動能源，即使外部供電中斷20分鐘以上，斷路器也可完成一次0 -C循環(huán)操作，規(guī)避了電源的穩(wěn)定性對斷路器動作的影響，同時(shí)，薄膜電容的自愈功能及溫度不敏感性都提高了 VSC斷路器操作能源的可靠性。

現(xiàn)場操控柜為安置于AMY-ZLB裝置現(xiàn)場護(hù)欄外的就地操控箱柜，集成以下功能：提供換流器的工作電源、換流器的就地操控、換流器狀態(tài)量顯示、定值整定、與中控室后臺的通信及大電流換流器的風(fēng)冷系統(tǒng)等，起到對AMY-ZLB裝置就地操控維護(hù)及遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)的作用。

短路故障時(shí)，真空開關(guān)分閘，在電流過零前，電流以電弧形式維持。電流是否能被開斷需要以下兩個(gè)條件同時(shí)滿足：第—、電流過零；第二、電流過零時(shí)刻，滅弧室絕緣水平恢復(fù)到電弧熄滅時(shí)的瞬態(tài)恢復(fù)電壓(TRV)以上。其中滅弧室恢復(fù)的絕緣水平與以下因素有關(guān)：觸頭電流過零時(shí)刻的開距大??；滅弧室在電流過零前的燃燒量。瞬態(tài)恢復(fù)電壓與系統(tǒng)參數(shù)和弧隙阻抗有關(guān)。

因此，要提高開斷容量，必須控制電流過零前階段的觸頭剛分時(shí)刻、剛分速度以及電流過零時(shí)刻的恢復(fù)電壓。

瞬態(tài)恢復(fù)電壓是大電流過零時(shí)觸頭弧隙間的振蕩電壓，存在時(shí)間僅幾十微秒至毫秒，與工頻恢復(fù)電壓大小與頻率、電路的阻尼值（如電感、電容和電阻的數(shù)值）以及它們的分布清況有關(guān)。

當(dāng)斷路器弧隙阻抗為無窮大時(shí)TRV最大，也即系統(tǒng)固有TRV; 當(dāng)弧隙阻抗減小時(shí)， TRV也相應(yīng)減小，因此，制造斷路器時(shí)，人為減少斷路器的弧隙阻抗 ，可在斷路器開斷時(shí)，降低弧隙的TRV。

減小真空滅弧室燃燒量可避免集聚形電弧的形成，有利于電流過零時(shí)絕緣水平的快速恢復(fù)，提高開斷成功率

真空滅弧室的絕緣水平即觸頭間的絕緣水平，在觸頭開距小于10mm時(shí)，絕緣水平與觸頭開距呈正比。

在高真空度環(huán)境下，絕對平整兩極之間，擊穿電壓達(dá)l01 V/ m m 數(shù)量級，在真空度、觸頭材料、觸頭表面形狀、老練等諸多因素的影響下，觸頭的絕緣水平較理想值有所降低，一切只能依靠實(shí)驗(yàn)。

因此，提高觸頭的剛分速度，并且精確控制零前剛分時(shí)刻，可以保證電流過零時(shí)的觸頭開距，剛分速度越高，越有利千絕緣水平的恢復(fù)。

滅弧室老練，即通過電弧的灼燒，將出廠時(shí)滅弧室觸頭上的晶須燒平，提高觸頭的平整度，以便在實(shí)際應(yīng)用中就已經(jīng)具備優(yōu)良的觸頭場強(qiáng)均勻度，保障對開斷成功率。

因此，AMY-ZLB用VSC快速斷路器，每臺在出廠前都進(jìn)行1:1模擬現(xiàn)場故障電流開斷試驗(yàn) ，—方面有驗(yàn)證設(shè)備指標(biāo)的目的，另外就有老練的目的。

不會產(chǎn)生影響。AMY-ZLB裝置的作用是，當(dāng)且僅當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)了超標(biāo)的短路電流時(shí)才會動作，而且—般將超標(biāo)的短路電流限制到普通短路器的遮斷電流的0.8倍，保障 故障線路斷路器的可靠開斷 ，因此，即使AMY-ZLB投入后，短路電流也足夠大，不會影響到原系統(tǒng)繼電保護(hù)定值的靈敏度。

AMY-ZLB當(dāng)且僅當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障 時(shí)才動作， 尤其是兩相短路故障時(shí)已經(jīng)造成了不平衡工況，因此，此 時(shí)已經(jīng)不考慮平衡問題，而是需要盡快結(jié)束這種故障現(xiàn)象，限流裝置的投入不僅限制了故障電流，而且有利于斷路器切除故障，只有好處，沒有壞處。

AMY-ZLB可配合線路重合閘，但必須根據(jù)重合閘次數(shù)增加分合閘電源的數(shù)量 ，以便配合重合閘的時(shí)間間隔。尤其是電網(wǎng)用戶，—般有重合閘需求，因此，在訂貨時(shí)，需要聲明有無重合閘配合要求，且重合閘時(shí)間是多少。