高文富 劉云飛 厲英濤

中材建設(shè)有限公司（10017 6）

0 概述

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。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。但發(fā)電機(jī)出口斷路器對(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)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。

1 發(fā)電機(jī)出口斷路器的直流分量的計(jì)算

在GB/T14824-1993中規(guī)定:在斷路器分閘時(shí)間加0.01 s時(shí)，直流分量(DC%)約為68%，衰減時(shí)間常數(shù)為133 ms,顯然較通用型斷路器的直流分量DC%≤20%和衰減時(shí)間常數(shù)45 ms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)還應(yīng)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。項(xiàng)目的直流分量的計(jì)算結(jié)果如圖1所示。

通過圖1的計(jì)算可以看出，發(fā)電機(jī)型斷路器較通用型斷路器開斷、關(guān)合條件均要求的直流分量要比一般斷路器的直流分量的值大得多。

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ANSI/IEEEC37-013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DC%＜20%及DC%＞20%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)電壓的上升率為3.5 kV/μs;關(guān)合試驗(yàn)按2.74倍額定短路電流(峰值)合并進(jìn)行的。

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0.34 kV/μs;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≥60 ms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，開斷條件較通用型斷路器苛刻得多。

UCG項(xiàng)目我們選擇的是ABB公司VD4-12M類型的開關(guān)。ABB公司在進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，直流分量(DC%)均按83%額定短路電流為1.1倍測試。

項(xiàng)目所選擇的ABB開關(guān)測試報(bào)告內(nèi)容:

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ANSI/IEEEC37-013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。而UCG項(xiàng)目的直流分量的計(jì)算結(jié)果是DC%＝64%，因此我們選擇的開關(guān)為DC%＝80%，完全滿足技術(shù)要求。但是其值完全是不滿足ANSI/IEEEC37-013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。

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DC%＜20%和DC%≥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3.3 kV/μs；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。

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0.26 kV/μs；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6.3 kV系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，則不必進(jìn)行失步開斷與關(guān)合試驗(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的。

表1 項(xiàng)目中壓開關(guān)的選擇

3 發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

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)和選擇發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器直接關(guān)系著電站后期的電氣設(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。

斷路器設(shè)計(jì)選型容易產(chǎn)生的誤區(qū):

因?yàn)槲覀円郧皼]有針對(duì)專門的發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器選型，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、短路開斷電流等簡單的一些參數(shù)，就以為可以應(yīng)用于發(fā)電機(jī)回路。這種選擇往往會(huì)帶領(lǐng)我們走進(jìn)一些誤區(qū),設(shè)計(jì)選型發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器時(shí)，除應(yīng)滿足額定電流、短路開斷電流和直流分量的同時(shí),必須充分考慮回路的時(shí)間常數(shù),瞬態(tài)恢復(fù)電壓、失步開斷電流和關(guān)合電流等其它參數(shù)，避免忽視這一因素的誤區(qū),擇優(yōu)選擇符合發(fā)電機(jī)斷路器標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

真空斷路器以良好的開斷性能應(yīng)用于發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器極為普遍。由于真空優(yōu)越的滅弧特性，往往在開斷過程中發(fā)生截流現(xiàn)象，因?yàn)榻亓饕鸬牟僮鬟^電壓,則與斷路器的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)配置有關(guān)，而且具有一定的隨機(jī)性。國內(nèi)外許多真空滅弧室制造商，對(duì)于真空滅弧室限制截流值的技術(shù)措施進(jìn)行了一系列研究,并且取得了一定的效果,ABB公司已確認(rèn)該公司的真空斷路器截流值已降低至3～5 A。盡管如此，局限于產(chǎn)品制造的工藝水平和質(zhì)量保障體系的隨機(jī)性，相對(duì)于價(jià)格昂貴的發(fā)電機(jī)而言，在發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器回路，仍應(yīng)加裝過電壓保護(hù)裝置。

4 精心設(shè)計(jì)，合理配置、確保發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器可靠運(yùn)行

設(shè)計(jì)人員應(yīng)該熟悉掌握發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器各種技術(shù)參數(shù)和功能,對(duì)于能夠量化的技術(shù)參數(shù)，如額定工作電流、短路開斷電流、直流分量(DC%)、最大關(guān)合電流等,設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行認(rèn)真準(zhǔn)確地計(jì)算；對(duì)于隨機(jī)性的一些技術(shù)參數(shù),如瞬態(tài)恢復(fù)電壓峰值、上升率、時(shí)間常數(shù)、截流值等，盡可能地進(jìn)行各種條件下的計(jì)算分析比較。根據(jù)已具備的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，合理選擇斷路器的技術(shù)參數(shù)配置，確保發(fā)電機(jī)保護(hù)斷路器長周期的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。