一、功能(néng)原理(lǐ)介绍

■回路简介

如下图所示，MQZLB系列零损耗深度限流装置（以下简称MQZLB装置）是由“换流器”与“限流電(diàn)抗器”并联而成的开关设备，再经由K1、K2点串接在供電(diàn)線(xiàn)路中。

其中“换流器”是以安徽明清公司制造的VFC系列“涡流驱动”

快速断路器為(wèi)主要元件的并整合了短路電(diàn)流快速判断的测控装置的组合電(diàn)器；“限流電(diàn)抗器”正常运行时被换流器旁路处于退出状态，损耗為(wèi)零，仅在短路故障时才投入，故障解除后再自动退出。

■控制系统简介

MQZLB控制系统包括中继控制器和三个分(fēn)相控制器，其中中继控制器装在现场操作柜中，分(fēn)相控制器分(fēn)别内置在各相换流器内。

分(fēn)相控制器独立控制各相换流器单元，中继控制器通过光纤与各分(fēn)相控制器联络，显示各相换流器状态信息并可(kě)维护定值，还提供数据接口和信号节点与中控室计算机管理(lǐ)系统通信。

■工作逻辑

1、正常运行期间

VFC处于合闸位，换流器承载線(xiàn)路工作電(diàn)流，MQZLB呈零阻抗状态，表现為(wèi)零损耗，无压降，同时不会产生磁场污染；

2、線(xiàn)路发生短路故障时

当且仅当分(fēn)相控制器通过罗克CT信号检出了超过MQZLB启动定值的超标短路電(diàn)流时，命令VFC及时分(fēn)闸，ZLB装置可(kě)在20ms内投入限流電(diàn)抗器而呈现高阻抗状态，将短路電(diàn)流限制在预期值以内，确保常规断路器可(kě)靠开断短路故障。

3、短路故障排除情况

（a）若分(fēn)相控制器通过返回CT检出的電(diàn)流小(xiǎo)于返回定值时，说明短路故障已排除，命令VFC及时合闸，MQZLB装置可(kě)在20ms内旁路限流電(diàn)抗器而呈零阻抗状态，系统即可(kě)恢复正常运行；

（b）若分(fēn)相控制器通过返回CT检出的電(diàn)流达不到返回定值时，说明系统没有(yǒu)排除短路故障，也即VFC一直处于分(fēn)闸状态，达到2s时间，為(wèi)自我保护，命令VFC合闸，此功能(néng)也作為(wèi)MQZLB误分(fēn)之后的自愈保护。

■核心元件一VFC“涡流驱动”快速断路器

1、总则

VFC系列“涡流驱动”快速断路器是安徽明清電(diàn)力公司制造的一种電(diàn)容器储能(néng)、涡流盘驱动、永磁保持、直动式的快速永磁真空断路器，机械分(fēn)闸时间小(xiǎo)于5ms、最大开断電(diàn)流不小(xiǎo)于80kA CO100次；已于2011年通过了西高所“型式试验”和“大電(diàn)流开断性能(néng)试验”。

“速度快”和“开断能(néng)力强”，是开关型限流器所用(yòng)断路器必须具备的两个重要指标！

2、“涡流驱动”机构

如下图，為(wèi)VFC开关“涡流驱动”机构和電(diàn)路原理(lǐ)示意图。

3、标准

VFC快速断路器符合GB1984-2003、JB/T3855-2008以及其他(tā)相关标准。该快速断路器通过了以下各种试验，可(kě)保证在正常安装条件下安全可(kě)靠地工作。

型式试验：温升、机械特性和操作（1万次）、工频耐压、雷電(diàn)冲击耐压、震荡波抗扰度、電(diàn)快速瞬变脉动群抗扰度、冲击電(diàn)压、开断关合能(néng)力试验前后机械特性、短时耐受電(diàn)流和峰值耐受電(diàn)流、出線(xiàn)端短路开断试验、异相接地故障开断能(néng)力试验。

性能(néng)试验：VFC-12/1600-40的型式试验试品完成40KA CO100次后，未经检修，继续进行80kA電(diàn)烧损及开断CO20次的开断能(néng)力试验、VFC-

12/5000-80试品80KA下CO100次开断能(néng)力试验。

出厂试验：主回路工频耐压试验、辅助和控制回路绝缘性能(néng)、主回路電(diàn)阻测量、1：1模拟现场最大短路電(diàn)流开断试验。

4、指标特点及行业同类对比

VFC快速断路器采用(yòng)了“涡流驱动”的直动式机构，性能(néng)指标明显优于其他(tā)类型的真空断路器，见下表。

■其他(tā)重要元件

1、换流器部分(fēn)

换流器部分(fēn)主要由VFC快速断路器和响应的测控元件组成，测控元件包括：罗克CT、分(fēn)相控制器和薄膜電(diàn)容器等。

a、罗克CT

罗克CT，學(xué)名Rogowski線(xiàn)圈（洛氏線(xiàn)圈），是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形線(xiàn)圈，输出的是電(diàn)流对时间微分(fēn)的電(diàn)压信号，通过积分(fēn)，就可(kě)以真实还原输入電(diàn)流，通常安装在灭弧室的动触头侧，有(yǒu)以下特点：

由于罗克CT不含铁磁性材料，无磁滞效应，相位误差几乎為(wèi)零，也无磁饱和象，因而可(kě)测量大電(diàn)流而不需要过大的體(tǐ)积；与带铁芯的传统互感器相比，罗克CT具有(yǒu)测量范围宽，精度高，稳定可(kě)靠等优点，用(yòng)在ZLB装置上，可(kě)精确测量较大的短路電(diàn)流。

罗克CT输出变比由外部電(diàn)路和算法决定，因此罗克CT无需单独校准，而是与控制器联合校准。

b、分(fēn)相控制器

分(fēn)相控制器根据罗克CT的信号，通过特殊算法，对短路電(diàn)流信号处理(lǐ)，可(kě)在2ms左右计算出短路電(diàn)流的周期分(fēn)量、非周期分(fēn)量、短路初始角，并结合断路器的机械固有(yǒu)分(fēn)闸时间做出适当的延时，控制断路器在短路電(diàn)流过零时刻前分(fēn)闸，实现大容量换流功能(néng)。

ｃ、储能(néng)電(diàn)容器

VFC系列“涡流驱动”快速断路器采用(yòng)薄膜電(diàn)容器储能(néng)，作為(wèi)断路器的驱动能(néng)源，即使外部供電(diàn)中断20分(fēn)钟以上，断路器也可(kě)完成一次0-C循环操作，规避了電(diàn)源的稳定性对断路器动作的影响，同时，薄膜電(diàn)容的自愈功能(néng)及温度不敏感性都提高了VFC断路器操作能(néng)源的可(kě)靠性。

2、现场操控柜

现场操控柜為(wèi)安置于ZLB装置现场护栏外的就地操控箱柜，集成以下功能(néng)：提供换流器的工作電(diàn)源、换流器的就地操控、换流器状态量显示、定值整定、与中控室后台的通信及大電(diàn)流换流器的风冷系统等，起到对ZLB装置就地操控维护及遠(yuǎn)程通信数据中转的作用(yòng)。

■“零前分(fēn)闸”技术提升快速断路器的开断容量

短路故障时，真空开关分(fēn)闸，在電(diàn)流过零前，電(diàn)流以電(diàn)弧形式维持。電(diàn)流是否能(néng)被开断需要以下两个条件同时满足：第一、電(diàn)流过零；第二、電(diàn)流过零时刻，灭弧室绝缘水平恢复到電(diàn)弧熄灭时的瞬态恢复電(diàn)压（TRV）以上。其中灭弧室恢复的绝缘水平与以下因素有(yǒu)关：触头電(diàn)流过零时刻的开距大小(xiǎo)；灭弧室在電(diàn)流过零前的燃烧量。瞬态恢复電(diàn)压与系统参数和弧隙阻抗有(yǒu)关。

因此，要提高开断容量，必须控制電(diàn)流过零前阶段的触头刚分(fēn)时刻、刚分(fēn)速度以及電(diàn)流过零时刻的恢复電(diàn)压。

1、降低触头瞬态恢复電(diàn)压

瞬态恢复電(diàn)压是大電(diàn)流过零时触头弧隙间的振荡電(diàn)压，存在时间仅几十微秒(miǎo)至毫秒(miǎo)，与工频恢复電(diàn)压大小(xiǎo)与频率、電(diàn)路的阻尼值（如電(diàn)感、電(diàn)容和電(diàn)阻的数值）以及它们的分(fēn)布情况有(yǒu)关。

当断路器弧隙阻抗為(wèi)无穷大时TRV最大，也即系统固有(yǒu)TRV；当弧隙阻抗减小(xiǎo)时，TRV也相应减小(xiǎo)，因此，制造断路器时，人為(wèi)减少断路器的弧隙阻抗，可(kě)在断路器开断时，降低弧隙的TRV。

2、提高電(diàn)流过零时刻灭弧室绝缘恢复水平

a）减小(xiǎo)灭弧室燃烧量

减小(xiǎo)真空灭弧室燃烧量可(kě)避免集聚形電(diàn)弧的形成，有(yǒu)利于電(diàn)流过零时绝缘水平的快速恢复，提高开断成功率。

b）提高触头刚分(fēn)速度，加大電(diàn)流过零时刻的触头开距真空灭弧室的绝缘水平即触头间的绝缘水平，在触头开距小(xiǎo)于10mm时，绝缘水平与触头开距呈正比。

在高真空度环境下，绝对平整两极之间，击穿電(diàn)压达10V/mm数量级，在真空度、触头材料、触头表面形状、老练等诸多(duō)因素的影响下，触头的绝缘水平较理(lǐ)想值有(yǒu)所降低，一切只能(néng)依靠实验。

因此，提高触头的刚分(fēn)速度，并且精确控制零前刚分(fēn)时刻，可(kě)以保证電(diàn)流过零时的触头开距，刚分(fēn)速度越高，越有(yǒu)利于绝缘水平的恢复。

c）出厂大電(diàn)流老练流程

灭弧室老练，即通过電(diàn)弧的灼烧，将出厂时灭弧室触头上的晶须烧平，提高触头的平整度，以便在实际应用(yòng)中就已经具备优良的触头场强均匀度，保障对开断成功率。

因此，MQZLB用(yòng)VFC快速断路器，每台在出厂前都进行1：1模拟现场故障電(diàn)流开断试验，一方面有(yǒu)验证设备指标的目的，另外就有(yǒu)老练的目的。

二、型号命名及参数

■型号命名

■参数指标

■正常使用(yòng)条件

1）环境温度：-40~50℃，户外（可(kě)户内）；

2）日平均相对湿度：≤95%；

3）海拔高度：≤2000m；

4）安装地点：户内、户外；

5）地震烈度：不超过8度；

6）污秽等级：不超过Ⅱ级；

7）凡超出上述要求范围之特殊条件，由用(yòng)户与制造厂协商(shāng)确定。

三、一次接線(xiàn)方案及现场布置示意图

■MQ-ZLB-TY形式（筒式電(diàn)抗一體(tǐ)）

■MQ-ZLB-TF形式（筒式電(diàn)抗分(fēn)體(tǐ)）

■MQ-ZLB-GY形式（柜式電(diàn)抗一體(tǐ)）

■MQ-ZLB-GF形式（柜式電(diàn)抗分(fēn)體(tǐ)）

四、典型案例说明

■短路電(diàn)流超标现象

如下图，当d点发生三相短路故障时，流过断路器K的短路電(diàn)流1。為(wèi)变压器T提供的短路電(diàn)流lar、发電(diàn)机G提供的短路電(diàn)流l66、電(diàn)机群提供的反馈電(diàn)流l之和，即所有(yǒu)電(diàn)源提供的短路電(diàn)流和電(diàn)动机的反馈電(diàn)流总和，一旦该值超过断路器K的额定开断電(diàn)流时，称為(wèi)短路電(diàn)流超标。

■典型治理(lǐ)方案一串联限流電(diàn)抗器

電(diàn)力系统针对短路電(diàn)流超标的典型治理(lǐ)方案是：在電(diàn)源的線(xiàn)路上串联限流電(diàn)抗器来限制短路電(diàn)流，如右图中变压器線(xiàn)路中的Xm和发電(diàn)机線(xiàn)路中的Xkc，二者可(kě)分(fēn)别或同时使用(yòng)，一旦发生短路故障，可(kě)将超标的短路電(diàn)流限制到断路器K的遮断電(diàn)流以内。

因此，此种用(yòng)法的限流電(diàn)抗器应能(néng)長(cháng)时通流，而且電(diàn)抗率不宜过大。

■串联限流電(diàn)抗器的损耗问题

長(cháng)时通流電(diàn)抗器，流过工作電(diàn)流，不仅产生有(yǒu)功损耗，其无功功率也侵占了電(diàn)源系统视在功率中的有(yǒu)功部分(fēn)，降低了電(diàn)能(néng)的利用(yòng)效率，并且其无功電(diàn)流在電(diàn)网上传输也会产生線(xiàn)路损耗，依据國(guó)标GB12497，一台10kV-2.5kA/12%的電(diàn)抗，按照70%的负荷率，年8000小(xiǎo)时的综合损耗计算见下表。

■“爆炸桥”方案的尴尬要求“快速断路器”

1、旁路法节能(néng)原理(lǐ)

電(diàn)抗的损耗相当可(kě)观，于是，出现了爆炸桥并联限流電(diàn)抗器的节能(néng)方案（见下图），通过爆炸桥的旁路效果，可(kě)消除電(diàn)抗器長(cháng)期运行期间的损耗，实现节能(néng)。该方案的节能(néng)概念很(hěn)快就被广大用(yòng)户所接受。

2、爆炸桥原理(lǐ)

见下图，爆炸桥是一种内置炸药的金属载流桥體(tǐ)与限流熔断器并联的组合電(diàn)器。

其工作逻辑是，由桥體(tǐ)承载工作電(diàn)流，当d点发生短路故障时，桥體(tǐ)迅速炸断，将短路電(diàn)流换入与之并联的熔断器中，然后由熔断器完成短路電(diàn)流向与之并联的限流電(diàn)抗器中的转换，究其本质来说，爆炸桥是一种额定電(diàn)流比较大的特种熔断器。

3、“节能(néng)并不省钱”的尴尬效果

实际使用(yòng)证明，爆炸桥的旁路作用(yòng)可(kě)以有(yǒu)效节能(néng)！消除了電(diàn)抗器的无功電(diàn)流在線(xiàn)路上的损耗，同时解放了電(diàn)源的有(yǒu)功输出能(néng)力，提高了電(diàn)能(néng)利用(yòng)效率。

后来发现，爆炸桥一旦动作后，则必须尽快更换配件，否则電(diàn)抗器又(yòu)得继续耗能(néng)，而更换配件还需要支付昂贵的费用(yòng)，节能(néng)省的钱还得花(huā)出去，如果多(duō)出现几次短路故障，反而要倒赔，出现了节能(néng)但并不省钱的尴尬现象。

4、“节能(néng)并省钱”要求“可(kě)反复使用(yòng)”的旁路设备

爆炸桥这种“一次性”的使用(yòng)特点并不符合用(yòng)户省钱的需求，但节能(néng)又(yòu)势在必行，因此，需要一种与爆炸桥相当的可(kě)反复使用(yòng)的電(diàn)抗器旁路设备来替代爆炸桥。

既然是可(kě)反复使用(yòng)的，又(yòu)得起到旁路作用(yòng)的，从特征上来看，这种设备只能(néng)是断路器。首先，这种断路器必须分(fēn)闸快，快到能(néng)在常规断路器灭弧室触头出现刚分(fēn)之前就能(néng)完成電(diàn)流转换；其次，要开断能(néng)力强，强到可(kě)以开断没有(yǒu)被電(diàn)抗器限制的超标的短路電(diàn)流。

5、“快速断路器”的两个重要指标

快速断路器除了应满足常规断路器的所有(yǒu)要求外，还应具备以下重要指标：

a）开断时间：<20ms（判断时间、固有(yǒu)分(fēn)闸时间和燃弧时间）

b）额定短路電(diàn)流开断能(néng)力：40~100KA

■理(lǐ)想的“开关式节能(néng)型限流器”方案

以快速断路器為(wèi)主要元件，配合快速测控装置，形成一个可(kě)反复使用(yòng)的“快速换流器”，与限流電(diàn)抗器并联，组成一种可(kě)反复使用(yòng)的开关式节能(néng)型限流装置。

五、使用(yòng)维护

1、设备安装前，须完成必要的基础建设和線(xiàn)缆敷设；

2、开箱检验，无损坏，方可(kě)就位安装；

3、须按照《调试大纲》进行必要的投运前试验，并提交《调试报告》；

4、合格后方可(kě)投运，并提交《投运报告》；

5、正常运行过程中，按照《检修维护规程》进行维护。

六、订货须知

1、订货前，应明确“限前短路電(diàn)流”及“限后短路電(diàn)流”，需提供“短路電(diàn)流计算书”或必要的系统参数（一次系统单線(xiàn)图、额定電(diàn)压、额定電(diàn)流、短路阻抗、線(xiàn)路阻抗、系统短路容量等）；

2、明确设备安装场及空间位置；

3、装置及备品的型号、规格和数量；

4、有(yǒu)无重合闸配合要求以及重合闸时间间隔；

5、装置使用(yòng)在特殊环境条件下，应在订货时详细说明；

6、其他(tā)特殊要求。

七、包装、运输、储存

1、一般采用(yòng)木(mù)箱包装，装置固定在包装箱的底座上。

2、不得在三级以下公路上長(cháng)距离运输，必要时，可(kě)分(fēn)解包装。

3、長(cháng)期不用(yòng)时，应存储在干燥、通风的仓库内，不宜長(cháng)期在户外储存。

4、运输过程中装置应避免碰撞、受潮及暴晒。

八、质量保证与售后服務(wù)

1、质保期為(wèi)交货后18个月或投运后12个月，以先到為(wèi)准，质保期内免费维护，质保期外有(yǒu)偿服務(wù)，终身保修。

2、我方派专业人员配合用(yòng)户在进行投运前现场试验。

3、质保期内发生质量问题，除免费维修外，维修部件质保期按修复后重新(xīn)计算。

九、MQ-ZLB装置使用(yòng)相关问题与解答(dá)

■MQ-ZLB是否对原系统继電(diàn)保护定值产生影响？

不会产生影响。MQ-ZLB装置的作用(yòng)是，当且仅当系统出现了超标的短路電(diàn)流时才会动作，而且一般将超标的短路限流限制到普通短路器的遮断電(diàn)流的0.8倍，保障故障線(xiàn)路断路器的可(kě)靠开断，因此，即使MQ-ZLB投入后，短路電(diàn)流也足够大，不会影响到原系统继電(diàn)保护定值的灵敏度。

■MQ-ZLB换流器动作后会不会造成不平衡？

MQ-ZLB当且仅当系统发生短路故障时才动作，尤其是两相短路故障时已经造成了不平衡工况，因此，此时已经不考虑平衡问题，而是需要尽快结束这种故障现象，限流装置的投入不仅限制了故障電(diàn)流，而且有(yǒu)利于断路器切除故障，只有(yǒu)好处，没有(yǒu)坏处。

■MQ-ZLB能(néng)否配合線(xiàn)路重合闸？

若重合闸期间，MQ-ZLB无電(diàn)流流过，只要调整返回策略為(wèi)延时返回即可(kě)；若有(yǒu)電(diàn)流流过，则必须增加分(fēn)合闸電(diàn)源的数量，以便配合重合闸的时间间隔。

尤其是電(diàn)网用(yòng)户，一般有(yǒu)重合闸需求，因此，在订货时，需要声明有(yǒu)无重合闸配合要求，且重合闸时间是多(duō)少。