保護(hù)斷路器設(shè)計(jì)選型-思考中小型水電站發(fā)電機(jī)

1、保護(hù)斷路器設(shè)計(jì)選型-思考中小型水電站發(fā)電機(jī)            摘要：通常，人們習(xí)慣地對(duì)單機(jī)容量100MVA及以下的發(fā)電機(jī)組稱為中小型發(fā)電機(jī)。鑒于我國能源綜合利用開發(fā)的基本國策，自西部大開發(fā)以來，特別在西南地區(qū)，中小型水力發(fā)電機(jī)組建設(shè)拔地而起，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也已具備了一定的規(guī)模，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于中小型水力發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器的設(shè)計(jì)選型，改變以往使用通用型斷路器為發(fā)電機(jī)型斷路器的傳統(tǒng)，已是大勢(shì)所趨。 關(guān)鍵詞：斷路器 水電站 發(fā)電機(jī)  通常，人們習(xí)慣地對(duì)單機(jī)容量100M

2、VA及以下的發(fā)電機(jī)組稱為中小型發(fā)電機(jī)。鑒于我國能源綜合利用開發(fā)的基本國策，自西部大開發(fā)以來，特別在西南地區(qū)，中小型水力發(fā)電機(jī)組建設(shè)拔地而起，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也已具備了一定的規(guī)模，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于中小型水力發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器的設(shè)計(jì)選型，改變以往使用通用型斷路器為發(fā)電機(jī)型斷路器的傳統(tǒng)，已是大勢(shì)所趨。 1 發(fā)電機(jī)型斷路器與通用型斷路器的技術(shù)性能比較 發(fā)電機(jī)型斷路器與通用型斷路器在機(jī)械特性、絕緣特性和電氣特性的表述方式上基本相同。 如對(duì)短路開斷電流均以交流分量有效值和直流分量百分?jǐn)?shù)(DC)表示；絕緣性能均以工頻和雷電沖擊耐壓水平考核；機(jī)械特性考核項(xiàng)目等也基本相同。 發(fā)電機(jī)型斷路器與通用型斷路器的不同之處

3、，是前者對(duì)某些技術(shù)性能的技術(shù)參數(shù)要求要苛刻得多。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的電感值較系統(tǒng)相對(duì)要大，作為保護(hù)斷路器在瞬間所承受的直流分量和衰減時(shí)間常數(shù)均大得多。GBT14824-1993中規(guī)定：在斷路器分閘時(shí)間加0.01s時(shí)，直流分量(DC)約為68，衰減時(shí)間常數(shù)為60ms，顯然較通用型斷路器的直流分量DC20和衰減時(shí)間常數(shù)45ms要大；同時(shí)，額定短路關(guān)合電流也不相同，發(fā)電機(jī)型斷路器因?yàn)橹绷鞣至枯^大，額定短路關(guān)合電流(峰值)為額定短路電流的2.74倍，而通用型斷路器此值僅為2.5倍；在表述方式上，發(fā)電機(jī)型斷路器的銘牌除標(biāo)有額定短路電流值外，同時(shí)還注明有直流分量(DC)值，而通用型斷路器則僅標(biāo)有額定短路電流值。

4、通過比較可以看出，發(fā)電機(jī)型斷路器較通用型斷路器開斷、關(guān)合條件均要苛刻，型式試驗(yàn)的考核也相對(duì)嚴(yán)格得多。 2 發(fā)電機(jī)型斷路器的主要型式試驗(yàn)考核內(nèi)容 依據(jù)當(dāng)前國際通用的ANSIIEEEC37-013"以對(duì)稱電流為基礎(chǔ)的交流高壓發(fā)電 機(jī)斷路器標(biāo)準(zhǔn)"規(guī)定，對(duì)發(fā)電型斷路器型式試驗(yàn)考核內(nèi)容主要是：系統(tǒng)源短路的開 斷與關(guān)合、發(fā)電機(jī)源短路開斷和失步開斷與關(guān)合。其它的型式試驗(yàn)考核與通用型斷路器內(nèi)容基本相同。 (1)系統(tǒng)源短路的開斷與關(guān)合試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)型斷路器是在非自動(dòng)重合閘操作順序下進(jìn)行。直流分量分DC20及DC20兩種條件；瞬態(tài)恢復(fù)電壓(峰值)為1.7倍發(fā)電機(jī)最高工作電壓；瞬態(tài)恢復(fù)電壓的上升率

5、為3.5kVs；關(guān)合試驗(yàn)按2.74倍額定短路電流(峰值)合并進(jìn)行的。國外西屋和西門子公司在進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，直流分量(DC)均按75額定短路電流考核。 通用型斷路器一般都是在自動(dòng)重合閘操作順序下進(jìn)行的。直流分量(DC)20；瞬態(tài)恢復(fù)電壓(峰值)為1.71倍額定工作電壓；瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升率為0.34kVs；關(guān)合試驗(yàn)是按2.5倍額定短路電流(峰值)與對(duì)稱開斷試驗(yàn)合并進(jìn)行。當(dāng)斷路器的分閘時(shí)間60ms時(shí)，則不必進(jìn)行非對(duì)稱開斷試驗(yàn)。 上述兩種類型斷路器的試驗(yàn)考核，均相當(dāng)于三相試驗(yàn)時(shí)首開相或者單相試驗(yàn)時(shí)的條件。相比之下，即便是開斷電流的數(shù)值相同，而發(fā)電機(jī)型斷路器則是在高直流分量和瞬態(tài)恢復(fù)電壓下進(jìn)行開斷，開斷

6、條件較通用型斷路器苛刻得多。 (2)發(fā)電機(jī)源短路的開斷試驗(yàn)。 發(fā)電機(jī)源短路的開斷試驗(yàn)條件則更為苛刻，該試驗(yàn)具有更高的直流分量。按照ANSIIEEEC37-013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：此值為DC=130。對(duì)于這一試驗(yàn)考核，通用型斷路器則是無法勝任的。 (3)失步開斷與關(guān)合試驗(yàn)。 發(fā)電機(jī)型斷路器失步開斷與關(guān)合試驗(yàn)是在合、分條件下進(jìn)行的。外施電壓和首相開斷工頻恢復(fù)電壓為1.22倍發(fā)電機(jī)最高電壓；開斷電流為50的交流分量有效值；直流分量(DC)分20和50兩種條件；瞬態(tài)恢復(fù)電壓峰值為2.5倍發(fā)電機(jī)最高電壓；瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升率為3.3kVs；關(guān)合試驗(yàn)按2.5倍對(duì)稱開斷電流交流分量值(峰值)與開斷試驗(yàn)合并進(jìn)行；國外西

7、屋公司在進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)的直流分量(DC)為80；西門子公司為120。 通用型斷路器的合、分失步開斷與關(guān)合試驗(yàn)，外施電壓和首相開斷工頻恢復(fù)電壓為1.44倍系統(tǒng)最高電壓；開斷電流為25的交流分量有效值；直流分量(DC)20；瞬態(tài)恢復(fù)電壓峰值為2.55倍額定工作電壓；瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升率為0.26kVs；而對(duì)關(guān)合電流不作規(guī)定。 我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB1984規(guī)定：失步開斷僅適用于聯(lián)絡(luò)斷路器，對(duì)于通用型斷路器在10kV系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，則不必進(jìn)行失步開斷與關(guān)合此項(xiàng)試驗(yàn)。該標(biāo)準(zhǔn)已被修訂，目前正在待批。相對(duì)比較，發(fā)電機(jī)型斷路器對(duì)失步開斷與關(guān)合試驗(yàn)不僅要做，而且直流分量和瞬態(tài)恢復(fù)電壓值要大得多，這是通用型斷路器不可能替代

8、的。     3 發(fā)電機(jī)型斷路器開發(fā)研究過程 在發(fā)電機(jī)型斷路器未進(jìn)行開發(fā)研究之前，由于沒有專門的發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器，設(shè)計(jì)選型只能是選擇額定電流大、短路開斷電流大和直流分量大的斷路器用于發(fā)電機(jī)回路作為保護(hù)設(shè)備。 4 中小型水力發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器設(shè)計(jì)的思考 （1）重視中小容量水力發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器的設(shè)計(jì)應(yīng)用。發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器根據(jù)電站接入系統(tǒng)方式、在電力系統(tǒng)中的作用、可靠性數(shù)值計(jì)算等，選型作為發(fā)電機(jī)保護(hù)回路主要保護(hù)電氣設(shè)備，所以，正確設(shè)計(jì)選擇發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器直接關(guān)系著水電站后期的電氣設(shè)備合理投資、運(yùn)行維護(hù)簡單方便、保證水電站長周期安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，事關(guān)重大，故而應(yīng)予以認(rèn)真對(duì)待。 （2）避免發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器設(shè)計(jì)選型的誤區(qū)。早期在發(fā)電機(jī)型斷路器標(biāo)準(zhǔn)未實(shí)施之前，因?yàn)闆]有專門的發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器產(chǎn)品，人們對(duì)于發(fā)電機(jī)斷路器設(shè)計(jì)選型，只是考慮額定電流、短路開斷電流和直流分量較大，就可以應(yīng)用于發(fā)電機(jī)回路。我國過去常用于中小容量水電站的發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器主要是少油SN3-10型和SN4-10型，這些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)比較簡單、技術(shù)落后、額定參數(shù)低、運(yùn)行極不可靠、滿足不了當(dāng)前發(fā)展中的中小型水力發(fā)電站的技術(shù)要求，逐步將被新型真空斷路器所取代。設(shè)計(jì)選