作者簡介：，碩士，高級工程師；主要從事發(fā)電廠及變電站的電氣工程設(shè)計工作。

關(guān)鍵詞：造紙廠；短路電流；限流電抗器；快速限流器 中圖分類號：TS78 文獻標識碼：A DOI： 10.11980/j.issn.0254-508X.2025.04.019

Short Circuit Current Suppression Measures for Owned Power Plant in Paper Mill

QIU Jiel：* ZUO Dongyang2 （1.ChinaCECEngineeringCorporation，Changsha，Hu’nanProvince，41l14;2.JiangsuNewPower（Shuyang）ThermalPowerCo， Ltd.，Shuyang， Jiangsu Province，223600） （*E-mail： 415255492@qq.com）

Abstract：This research focused on investigating the issue of excessive short circuit current levels（up to 1 0 k V busbars） for owned power plant in papermill，icdelbereticitympaatilsasudl plesofvariousshtuituentlimitigshemes，witparticularemphasisonevaluatingtirchncalertsndpracticalliatios. Throughsystaicvauatioesdpropodiplemeinahbdattgeatorialssistigofsrisodu rentlimitingreacoodialstutliievicTiteaedapachasmosdceaii andachieve reliablefault protectionunderextremefaultconditionswhileadhering tostandardequipmentwithstandrequirements. Key words：paper mill； short circuit current；current limiting reactor; fast current limiting device

短路電流耐受能力和分斷能力是電氣設(shè)備選型的一項重要指標，對電氣設(shè)備的造價影響較大，若設(shè)置不當，將影響整個電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此，高短路電流的抑制措施至關(guān)重要，是電氣設(shè)計方案的重要內(nèi)容之一。

隨著國內(nèi)造紙廠規(guī)模的擴大，造紙企業(yè)自備電廠的發(fā)電機裝機容量也隨之增加，很多電廠選擇自建變電站，將發(fā)電機升壓再降壓為造紙車間送電，但這種方式會增加安裝設(shè)備空間和投資成本。為降低電能損耗并簡化電氣主接線，很多發(fā)電機不采用發(fā)變組接線，而是直接接入 1 0 k V 配電母線段，導致 1 0 k V 系統(tǒng)的短路電流大幅度飆升。本課題通過分析某造紙企業(yè)自備電廠的實際情況，對高短路電流的抑制提出解決方案，減少項目成本，以期為類似項目提供參考。

1接入系統(tǒng)批復主接線及存在的問題

該電廠配置1臺 7 0 M W 的汽輪發(fā)電機，發(fā)電機出口電壓為 1 0 . 5 k V ，依據(jù)接人系統(tǒng)批復報告，電廠設(shè)1 0 k V 發(fā)電機母線，發(fā)電機接入發(fā)電機母線，再通過2臺 3 5 / 1 0 k V 的聯(lián)絡(luò)變壓器，升壓至 3 5 k V 后接入電網(wǎng)，發(fā)電機母線兼作 1 0 k V 配電母線段，給造紙用電負荷供電。依據(jù)電網(wǎng)提供的 3 5 k V 短路容量及發(fā)電機的技術(shù)數(shù)據(jù)，計算未采取任何限流措施下， 1 0 k V 發(fā)電機母線的最大短路電流約 5 4 . 6 k A 。但由于已經(jīng)投產(chǎn)的造紙車間 1 0 k V 開關(guān)柜斷路器額定分斷能力均不超過 4 0 k A ，數(shù)量約220臺，需對短路電流進行限制，否則將存在運行風險，無法開斷短路故障的情況。限流前電氣主接線如圖1所示。

2短路電流限制方案

通過短路電流計算過程分析， 1 0 k V 母線短路電流的主要來源是發(fā)電機，發(fā)電機提供的短路電流約3 9 . 8 3 k A ，要將 1 0 k V 母線短路電流限制在 以下，限制發(fā)電機提供的短路電流是唯一的選擇。

2.1發(fā)電機出口串接限流電抗器限流方案

串接限流電抗器是目前電力行業(yè)內(nèi)最常用的限流方式，電氣主接線如圖2所示，但是限流電抗器的參數(shù)選擇需謹慎，尤其是額定電流和電抗率，將直接影響電抗器的損耗和電壓降。

依據(jù)《電力工程設(shè)計手冊火力發(fā)電廠電氣一次設(shè)計》的計算方法對限流電抗器額定電流和限流電抗器短路阻抗進行選擇。

2.1.1 限流電抗器額定電流的選擇

由于電抗器沒有過負荷能力，發(fā)電機出口限流電抗器按通過的最大電流來計算，依據(jù)發(fā)電機廠的技術(shù)數(shù)據(jù)以及實際工況，額定電流根據(jù)式（1）進行計算。

式中， 表示額定電流； 表示最大電流；

表示最大功率。

考慮到電抗器的發(fā)熱及降容，電抗器額定電流 選擇 6 3 0 0 A 。

2. 1. 2 限流電抗器短路阻抗的選擇

依據(jù)將短路電流限制在 4 0 k A 以下的要求，根據(jù)式（2）進行電抗率 的計算。

式中， 為限制后的發(fā)電機最大提供的短路電流，取 2 5 . 2 3 k A ; 為電抗器的額定電流，取 6 3 0 0 A ： 為電抗標幺值； 為電抗器額定電壓，取 1 0 k V ; 為基準電壓，取 1 0 . 5 k V ； 為基準電流，取 ·短路電流 0

本課題中， 取 10 % 。

由于正常工作情況下電抗器的電壓損失不得大于母線額定電壓的 5 % ，對電抗器的電壓損失進行進一步校核，電抗器的電壓損失（ Δ U ） 按式（3）計算。

= 4 . 5 8 % lt; 5 %

經(jīng)計算，選擇額定電流 6 3 0 0 A 、電抗率 10 % 銅質(zhì)電抗器可滿足電壓降 ? 5 % 的 1 0 k V 母線額定電壓值，并將母線的最大短路電流限制在 4 0 k A 以下。

2.2發(fā)電機出口串接基于火工爆破技術(shù)的快速限流器方案

火工爆破技術(shù)的快速限流器是目前國內(nèi)和國際社會均較認可的限流器，由1個可通過高額定電流、反應(yīng)極快的開關(guān)主導體（快速開斷器）和1個與之并聯(lián)的高遮斷容量的限流熔斷器3。正常運行時，負荷電流從主導體（快速開斷器）流過，快速開斷器內(nèi)設(shè)有1個或多個爆破點，當跳閘觸發(fā)裝置發(fā)出跳閘信號時，這個或這些爆破點迅速爆破切割，將快速開斷器電路在 1 m s 內(nèi)切斷，從而迫使故障電流流入與之并聯(lián)的限流熔斷器，最終切斷發(fā)電機回路，限制電路電流在 4 0 k A 以下，如圖3所示。

2.3發(fā)電機出口串接零損耗深度限流裝置方案

零損耗深度限流裝置是近年來新興的一種限流裝置，主要由快速真空斷路器、高電抗率限流電抗器、檢測CT、分相控制器等組成。在正常情況下，快速真空斷路器合閘，旁路高電抗率限流電抗器，裝置在零損耗、零壓降的狀態(tài)下運行；當發(fā)生嚴重的短路故障導致母線短路電流超標，深度限流裝置通過檢測。

CT捕捉到短路故障電流時，由控制器發(fā)出指令，斷開快速真空斷路器，投入限流電抗器，實現(xiàn)深度限流，整個投切過程在 2 0 m s 內(nèi)完成，其內(nèi)部構(gòu)造圖如圖4所示。

2.4不同短路電流限制方案的優(yōu)缺點

不同短路電流限制方案的優(yōu)缺點如表1所示。

2.5最終短路電流限制方案

基于上述3種限流方案的優(yōu)缺點分析，零損耗深度限流裝置動作時間較長，不能限制動穩(wěn)定電流，斷路器等一次元器件仍然要按高短路電流選擇，無法減少成本，不能作為限流的選擇方案。爆炸橋限流器快速限流，但短路故障動作會中斷發(fā)電機供電，造成廠內(nèi)停產(chǎn)。本課題提出了限流電抗器 + 并聯(lián)爆炸橋快速限流器的方案，正常情況下，電流通過爆炸橋快速限流器，旁路限流電抗器，減少了電能損失，也沒有電壓降。當故障時，爆炸橋快速限流器動作并投入限流電抗器，既限制了短路電流又保證了發(fā)電機繼續(xù)供電，電氣主接圖如圖5所示。

3結(jié)語

本課題著重分析了不同短路電流限制流方案的原理，并比較了優(yōu)缺點，提出了限流電抗器 + 并聯(lián)爆炸橋快速限流器的方案，結(jié)合爆炸橋快速限流器動作快的優(yōu)點，通過串接限流電抗器解決了快速限流器影響電源持久供電的缺點，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，對減少電氣設(shè)備投資和經(jīng)濟運行均有重要意義。

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（責任編輯：楊苗秀）