摘要：笔者将结合一些工程实例来具体的分析大容量的高速开关在大型钢铁企业中的使用情况，并简单的介绍了工作原理，针对在实际使用中出现的一些问题进行了分析探讨，提出了一些具体的改进意见。钢铁产业是一类高耗能型的产业类型，在冶炼，熔铸，钆制过程中，要消耗大量的能源和电力，其中多个环节中都有很多的余热资源可以再次利用，余热发电是这些余热资源再次利用的一个非常好的途径，这方面的应用研究已经取得了很多的成果。

关键词：开关器件；大型钢厂；余热发电；应用研究

在可利用的余热资源中，烧结环冷系统以及干熄焦系统它们所排放的高温烟气，可以很方便的进行再次利用，只要配备余热锅炉以及一些相应的辅助设备，就可以作为动力输出装备带动汽轮发电机进行发电。发电机发出的电压约在10KV左右，将此电压经过10/35KV的变压器进行升压，就可以并人钢厂自身的配电系统中。配套的发电机容量都在10-30MW之间，短路电流通常在10-20KA。钢厂原配电室所预留的配电开关的开断能力，往往是不能满足新并人电力设备的需要。这种情况下，为了避免新并人的余热发电对原有设备可能造成的诸多影响，可以考虑在在余热发电系统的输出电力端采用大容量的高速开关，或者是综合采用限流电抗器与大容量高速开关并联运行的方案，余热发电输出的电源通过这些开关或者电抗器后，间接并人钢厂电网，就可以大幅度减少对电网的冲击。

一、工程实例

本文中笔者以河钢产业升级宣钢过剩产能转移，而催生的一个利用余热发电的EMC项目工程项目为例来介绍，这一项目工程位于河北省唐山市乐亭经济开发区。河钢产业集团是一个大型钢铁生产集团，有大量的余热资源，为了最大限度的利用烧结环冷机中排出的低温废气，他们经过详细的论证研究，决定新建两台64工/h烧结余热锅炉，热量来源是烧结环冷机中排出的带有热量的废气，然后以锅炉产生的蒸汽来推动一台容量为25MW的汽轮发电机进行发电。另一方面，考虑到整个厂区的饱和蒸汽供应能力以及综合平衡情况，为了最大程度的利用炼钢转炉在钢坯汽化冷却时产生的大量蒸汽，计划新建一套22MW的凝汽式饱和蒸汽发电机组。这些利用余热资源新建发电机组，大大提高了余热资源的回收利用率，从长远来看，不仅对当地环境的保护有积级作用，也会产生极高的经济利益，有利于钢厂的综合成本进一步下降，是对节能减排的政策极大的支持。

二、大容量高速开关的工作原理

在余热发电设备正常运行时，其输出端并接的电抗器此时处于短接状态，不会发生作用，此种状态下，余热发电电流经过高速开关装置，注入钢厂电网。

当厂用10KV的输电母线以及相关的用电设备发生短路之类的故障时，高速开关将会快速发生熔断，与此同时，电抗器接入到主电路中发生作用，限制短路电流的继续扩大，避免产生更大的破坏作用。

大容量的高速开关装置的能成部分通常包括截流桥体，高压限流熔断器，非线性电阻以及相应的测控电路，其各部分功能如下：

（1）载流桥体：电路在正常状态下，桥体可以通过比较大的工作电流；在电路发生短路类的故障时，桥体可以在极短时间内断开电路，断开时间一般不大于0.15s，其动作速度，比常用的一般空气开关的灵敏度提高了20倍以上。

（2）高能限压器：在短路电流的作用下，熔断器在熔断的瞬间产生弧压足以使高能限压器开通，开通后的高能限压器能够大量的吸收电路产生的磁场能量，并可以将电路断开时产生的瞬间高电压限制在绝缘能力2.5倍的范围之内。

（3）高压限流熔断器：在电路发生短路故障的瞬间，截流桥体及时断开，这个时刻全部的短路电流将转移到高压限流熔断器上面，能够使高压限流熔断器在0.5-1ms这样的时间内发生熔断，降低短路对电器的破坏。

（4）测控单元：测控系统采用非常先进运算电路和运算程序，使得这样的测控单元可以在极短时间内完成一系列的数据运算并做出相应的判断，并按照预先设定的程序，向相关的电路发出指令，相关的电路根据这些指令会产生相应的动作。误了避免由于电磁干扰干扰而发出错误指令，测控电路都有非常强大的抗电磁干扰能力。

整个系统的工作过程可以简述如下：当电路发生短路故障时，主电路中的电流幅值i和电流的变化率超过整定值，测控单元就会判定电路中有短路电流，测控装置就会向载流桥体发出电脉冲引爆信号，载流桥体相关装置就会动作，载流桥体断开，全部电流就会加载到高压限流熔断器上面，在极短的时间内（2ms），高压限流熔断器变会溶断，熔断时产生的弧压是可以被材质为高能氧化锌的非线性电阻限制并被完全吸收。这样短路电流在远没有达到最大值前，就已经被切断，通过用电设备的短路电流不会使设备受到损坏。

大容量高速开关产生动作必须同時具备二个条件才能发生，一个是预先设定的电流整定值，另一个是电流的变化率，要想高速开关动作，这两者缺一不可。

三、结语

系通常状况下，短路电流的的半波时间约为10ms，在这10ms的时间内，短路电流可以达到电流的高峰值。

但是高速开关的动作时间只有3ms，这意味着短路电流是不可能达到峰值电流，当然了，这也就要求相关的监测设备的动稳定性也必须要考虑3ms的短路电流的冲击。所以在选用监测设备时，一定要考虑到这一点。

高速开关装置与限流电抗器在余热发电的输出端采用并联方式接入电路，可以避免单独串入电抗器的许多弊端，从根本上避免了串入电抗器带来的电压降、电能损耗和漏磁场等问题，提高了系统的功率因数、电能质量，有利于系统的运行，这样的一种运行方式必将获得更为广泛的应用。

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