大容量高速开关装置（FSR）的原理分析及应用探讨

1.原理分析

大容量高速开关(FSR)又被称为故障电流限制器、快速开关、高速限流保护开关、限流保护器、FCL(Fault Current Limiter)等。主要作用是在短路电流未上升到峰值之前，将其高速开断。FSR原理接线图见图1。

图中高压载流桥体FS和特种高压限流熔断器FU在电气上是并联的，由于前者电阻为微欧级，后者电阻为毫欧级，故正常运行情况下，主导流母线中的电流几乎全部流过高压载流桥体FS。当系统发生短路事故时，特种电流互感器CT检测到短路电流信号，将其传递给电子控制器ZK，由ZK进行信号的分析和处理。若短路电流信号超过整定值，ZK将发出点火信号，通过高压脉冲变压器MB，使高压载流桥体FS在几百微秒的时间内高速断开;在其断口开断的过程中，故障电流转移到特种高压限流熔断器FU中，由FU 最后开断短路电流，切除故障。在FU熔断过程中，线路上可能会产生瞬时过电压，此时高能氧化锌电阻FR对其进行限压。各部分的动作时序如图2所示。

图2中

t=0 短路故障发生;

t=t1 电子控制器探测到故障并建立点火信号;

t=t2 快速隔离器打开，电流转移到熔断器中;

t=t3 熔断器开始起弧;

t=t4 熔断器内电弧熄灭，故障电流被彻底开断，(t3～t4)为熔断器的燃弧时间。

由此可见，在预期短路电流远未发展到峰值之前，短路电流已经被高速切断。实际通过电力设备的短路电流的峰值ic在第一个半波被限制到预期短路电流峰值的(15～45)%，短路电流的持续时间为5 ms左右，保护了电力系统主设备免受损坏。大容量高速开关的技术参数见表1。

2.大容量高速开关与断路器的比较

断路器的开断时间约为60～200ms; 断路器开断过程中不限流，虽可切除短路故障，但发电机或变压器等设备因经受不住短路电流电动力的冲击，仍有可能损坏;普通断路器开断能力很有限,额定短路开断电流小于50kA，在发电机出口等很多情况下不能满足要求;采用开断能力特大的发电机断路器则价格非常昂贵，而且发电机断路器也无限流功能。

大容量高速开关的开断时间仅约5ms; 可将短路电流限制到预期值的15%～45%，可针对预期短路电流的水平进行整定，使发电机、变压器等主设备不因高幅值短路电流的冲击而损坏。

大容量高速开关开断能力强，可开断预期值为120～200kA的短路电流，价格远比国外同类产品便宜。 专用于出口短路等灾难性短路事故的保护，动作后需更换部件，一般不能重合闸。

由以上比较看出，大容量高速开关弥补了断路器的不足，适合于短路电流有可能损坏发电机变压器等主设备时的灾难性短路事故的保护。在很多情况下是对付短路电流的唯一技术方案。

3.工程应用

3.1旁路限流电抗器

旁路限流电抗器接线如图3所示。将FSR与限流电抗器或变电站原来装备的限流电抗器并联。由于FSR阻抗约为0.1mΩ(其中直流电阻约20μΩ)，而电抗器阻抗一般在0.15～0.9Ω(即150 mΩ～900 mΩ)之间，所以正常运行时电抗器被FSR短接而不起作用。短路故障发生时，FSR高速开断，将电抗器投入起限流作用。