呂珍梅　李建軍　金乙翔

摘要：出口斷路器在電廠設計中應用越來越廣泛。對發(fā)電機出口斷路器技術性能進行了分析，對發(fā)電機型斷路器型式選擇方法進行了研究，并對設計中的注意的事項進行了闡述。

關鍵詞：出口斷路器；發(fā)電機；選擇

1 概述

根據(jù)《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》相關規(guī)定：一般情況下發(fā)電機出口是不宜或不應加裝出口斷路器的,只有當技術經(jīng)濟合理或機組主接線設計為擴大單元或兩組發(fā)電機雙繞組變壓器作聯(lián)合單元連接等情況時才會加裝出口斷路器。但是,近幾年的電廠設計中,在進行電廠技術經(jīng)濟合理性比較的基礎上, 出口斷路器在電廠設計中應用越來越廣泛。

2 出口斷路器優(yōu)勢分析

在技術上加裝發(fā)電機出口斷路器可提高機組的安全運行可靠性,具有以下幾點。

2.1 提高發(fā)電機和變壓器保護水平,縮小故障范圍當出現(xiàn)發(fā)電機內部故障時,發(fā)電機出口因加裝了出口斷路器,可以快速的將發(fā)電機從系統(tǒng)中切除,而廠用分支電源因發(fā)電機的安全切除而不受任何影響,進而在事故狀態(tài)下保證機組的安全停機。

2.2 保證系統(tǒng)故障時廠用電源的穩(wěn)定性

按常規(guī)方式,在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時,廠用電系統(tǒng)事故切換很難成功,廠用電源容易失去,事后處理比較困難。如采用出口斷路器方案, 出口斷路器跳閘,發(fā)電機滅磁,維持轉速,廠用電不受影響,避免因系統(tǒng)振蕩引起的長時間停機事故,縮短因系統(tǒng)故障的事故處理時間和簡化處理程序。

2.3 簡化廠用電切換程序

當發(fā)電機出口裝設斷路器后,發(fā)電機組起、停的廠用電源是通過主變壓器倒送電經(jīng)廠用高壓工作變壓器獲得,從機組起動直到發(fā)電機并網(wǎng)帶負荷,反之從發(fā)電機減負荷到發(fā)電機解列停機,整個過程都無須進行廠用電切換操作。既保證了機組的安全可靠運行,又可以省去一系列相關設施及費用,在電廠投資上不會因為增加出口斷路器而對投資方案的經(jīng)濟性有太大的影響,而且從長期運行經(jīng)濟性來說更是十分可觀的。

2.4 發(fā)電機型斷路器技術性能分析

發(fā)電機型斷路器與通用型斷路器在機械特性、絕緣特性和電氣特性的表述方式上基本相同。

如對短路開斷電流均以交流分量有效值和直流分量百分數(shù)（DC%）表示；絕緣性能均以工頻和雷電沖擊耐壓水平考核；機械特性考核項目等也基本相同。

發(fā)電機型斷路器與通用型斷路器的不同之處，是前者對某些技術性能的技術參數(shù)要求要苛刻得多。因為發(fā)電機的電感值較系統(tǒng)相對要大，作為保護斷路器在瞬間所承受的直流分量和衰減時間常數(shù)均大得多。GB/T14824-1993中規(guī)定：在斷路器分閘時間加0.01s時，直流分量（DC%）約為68%，衰減時間常數(shù)為60ms，顯然較通用型斷路器的直流分量DC%≤20%和衰減時間常數(shù)45ms要大。

通過比較可以看出，發(fā)電機型斷路器較通用型斷路器開斷、關合條件均要苛刻，型式試驗的考核也相對嚴格得多。

3 發(fā)電機型斷路器選擇內容與方法

依據(jù)當前國際通用的ANSI/IEEEC37-013“以對稱電流為基礎的交流高壓發(fā)電機斷路器標準”規(guī)定，對發(fā)電型斷路器型式試驗考核內容主要是：系統(tǒng)源短路的開斷與關合、發(fā)電機源短路開斷和失步開斷與關合，其他的型式試驗考核與通用型斷路器內容基本相同。

3.1 系統(tǒng)源短路的開斷與關合試驗

發(fā)電機型斷路器是在非自動重合閘操作順序下進行。直流分量分DC%<20%及DC%>20%兩種條件；瞬態(tài)恢復電壓（峰值）為1.7倍發(fā)電機最高工作電壓；瞬態(tài)恢復電壓的上升率為3.5kV/μs；關合試驗按2.74倍額定短路電流（峰值）合并進行的。西門子公司在進行此項試驗時，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重合閘操作順序下進行的。直流分量（DC%）<20%;瞬態(tài)恢復電壓（峰值）為1.71倍額定工作電壓；瞬態(tài)恢復電壓上升率為0.34 kV/μs；關合試驗是按2.5倍額定短路電流（峰值）與對稱開斷試驗合并進行。當斷路器的分閘時間≥60%ms時，則不必進行非對稱開斷試驗。

3.2 發(fā)電機源短路的開斷試驗

發(fā)電機源短路的開斷試驗條件則更為苛刻，該試驗具有更高的直流分量。按照ANSI/IEEEC37-013標準規(guī)定：此值為DC%=130%。對于這一試驗考核，通用型斷路器則是無法勝任的。

3.3 失步開斷與關合試驗

發(fā)電機型斷路器失步開斷與關合試驗是在合、分條件進行的。外施電壓和首相開斷工頻恢復電壓為1.22倍發(fā)電機最高電壓；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)恢復電壓峰值為2.5倍發(fā)電機最高電壓；瞬態(tài)恢復電壓上升率為3.3kV/μs；關合試驗按2.5倍對稱開斷電流交流分量值（峰值）與開斷試驗合并進行。國外西門子公司在進行此項試驗時的直流分量（DC%）為120%。通用型斷路器的合、分失步開斷與關合試驗，外施電壓和首相開斷工頻恢復電壓為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)恢復電壓峰值為2.55倍額定工作電壓；瞬態(tài)恢復電壓上升為0.26kV／μs；而對關合電流不作規(guī)定。

4 發(fā)電機出口斷路器設計的思考

在發(fā)電機型斷路器未進行開發(fā)研究之前，由于沒有專門的發(fā)電機保護斷路器，設計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)電機回路作為保護設備。而如今，國外ABB公司、西門子公司、三菱公司和CE公司都可以提供發(fā)電機出口斷路器，開斷短路電流能力有63kA、72kA、100kA和120kA。國內北開和沈高的開斷電流為80kA的發(fā)電機斷路器也已通過了型式試驗。

4.1 重視中小容量發(fā)電機保護斷路器的設計應用

發(fā)電機保護斷路器根據(jù)電廠接入系統(tǒng)方式、在電力系統(tǒng)中的作用、可靠性數(shù)值計算等，選型作為發(fā)電機保護回路主要保護電氣設備，所以，正確設計選擇發(fā)電機保護斷路器直接關系著發(fā)電廠后期的電氣設備合理投資、運行、維護簡單方便、保證發(fā)電廠長期安全經(jīng)濟運行，事關重大，故應予以認真對待。

4.2 避免發(fā)電機保護斷路器設計選型的誤區(qū)

早期在發(fā)電機型斷路器標準未實施之前，因為沒有專門的發(fā)電機保護斷路器產(chǎn)品，人們對于發(fā)電機斷路器設計選型，只是考慮額定電流、短路開斷電流和直流分量較大，就可以應用于發(fā)電機回路。

4.3 充分考慮系統(tǒng)的其他參數(shù)

充分考慮系統(tǒng)的動穩(wěn)定，時間常數(shù)，瞬態(tài)恢復電壓、失步開斷電流和關合電流等其他參數(shù)。

例如，在選擇某機組發(fā)電機斷路器時，計算得出，在發(fā)電廠三電車間10kV母線最大運行方式下，發(fā)電機出口短路電流周期分量為57.9kA，直流分量為35.7kA，短路沖擊是電流（計及各直饋線大電機反饋電流）178kA?，F(xiàn)有開斷能力為63kA的發(fā)電機斷路器，開斷電流直流分量為64kA，而短路耐受電流峰值為176kA，滿足不了動穩(wěn)定的要求，因此選用了西門子公司的短路開斷電流為72kA的直空斷路器。其主要指標為：額定電流為4000A，額定開斷電流（周期分量）72kA，直流分量為75%.，短時耐受電流峰值為200kA。瞬態(tài)恢復電壓（峰值）33kA；瞬態(tài)恢復電壓的上升率為4.7kA/μS，完全滿足系統(tǒng)要求。

4.4 精心設計、合理配置，確保發(fā)電機保護斷路器可靠運行

發(fā)電機是發(fā)電廠的主機，而作為保護主機的斷路器是保證發(fā)電機安全可靠運行的基礎，為重中之重。熟悉掌握發(fā)電機保護斷路器各種技術參數(shù)和功能，對于能夠量化的技術參數(shù)，如額定工作電流、短路開斷電流、直流分量（DC％）、最大關合電流等，設計中必須進行認真準確地計算；對于隨機性的一些技術參數(shù)，如瞬態(tài)恢復電壓峰值、上升率、時間常數(shù)、截流值等，盡可能地進行各種條件下的計算分析比較。根據(jù)已具備的設計數(shù)據(jù)，合理選擇斷路器的技術參數(shù)配置，確保發(fā)電機保護斷路器長周期的、可靠、安全、經(jīng)濟運行水平。

參考文獻

[1]西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊電氣一次部分[M].北京:水利電力出版社,1991.

[2]火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程DL 5000-2000[S].北京:中國電力出版社,2000.

[3]電力工程師手冊.電氣卷/東北電力集團公司編[M].北京:中國電力出版社,2000.

作者簡介：呂珍梅 （1965，3-）、女、漢族、大學本科學歷，工程師，從1986年起長期從事開關電器設計研究工作。

李建軍（1966，2-）男、漢族、大學本科學歷，工程師，從1988年開始長期從事技術工藝工作。