| 标题 | 发电机出口断路器性能分析与选择 |
| 范文 | 吕珍梅 李建军 金乙翔 摘要：出口断路器在电厂设计中应用越来越广泛。对发电机出口断路器技术性能进行了分析，对发电机型断路器型式选择方法进行了研究，并对设计中的注意的事项进行了阐述。 关键词：出口断路器；发电机；选择 1 概述 根据《火力发电厂设计技术规程》相关规定：一般情况下发电机出口是不宜或不应加装出口断路器的,只有当技术经济合理或机组主接线设计为扩大单元或两组发电机双绕组变压器作联合单元连接等情况时才会加装出口断路器。但是,近几年的电厂设计中,在进行电厂技术经济合理性比较的基础上, 出口断路器在电厂设计中应用越来越广泛。 2 出口断路器优势分析 在技术上加装发电机出口断路器可提高机组的安全运行可靠性,具有以下几点。 2.1 提高发电机和变压器保护水平,缩小故障范围当出现发电机内部故障时,发电机出口因加装了出口断路器,可以快速的将发电机从系统中切除,而厂用分支电源因发电机的安全切除而不受任何影响,进而在事故状态下保证机组的安全停机。 2.2 保证系统故障时厂用电源的稳定性 按常规方式,在系统发生振荡时,厂用电系统事故切换很难成功,厂用电源容易失去,事后处理比较困难。如采用出口断路器方案, 出口断路器跳闸,发电机灭磁,维持转速,厂用电不受影响,避免因系统振荡引起的长时间停机事故,缩短因系统故障的事故处理时间和简化处理程序。 2.3 简化厂用电切换程序 当发电机出口装设断路器后,发电机组起、停的厂用电源是通过主变压器倒送电经厂用高压工作变压器获得,从机组起动直到发电机并网带负荷,反之从发电机减负荷到发电机解列停机,整个过程都无须进行厂用电切换操作。既保证了机组的安全可靠运行,又可以省去一系列相关设施及费用,在电厂投资上不会因为增加出口断路器而对投资方案的经济性有太大的影响,而且从长期运行经济性来说更是十分可观的。 2.4 发电机型断路器技术性能分析 发电机型断路器与通用型断路器在机械特性、绝缘特性和电气特性的表述方式上基本相同。 如对短路开断电流均以交流分量有效值和直流分量百分数（DC%）表示；绝缘性能均以工频和雷电冲击耐压水平考核；机械特性考核项目等也基本相同。 发电机型断路器与通用型断路器的不同之处，是前者对某些技术性能的技术参数要求要苛刻得多。因为发电机的电感值较系统相对要大，作为保护断路器在瞬间所承受的直流分量和衰减时间常数均大得多。GB/T14824-1993中规定：在断路器分闸时间加0.01s时，直流分量（DC%）约为68%，衰减时间常数为60ms，显然较通用型断路器的直流分量DC%≤20%和衰减时间常数45ms要大。 通过比较可以看出，发电机型断路器较通用型断路器开断、关合条件均要苛刻，型式试验的考核也相对严格得多。 3 发电机型断路器选择内容与方法 依据当前国际通用的ANSI/IEEEC37-013“以对称电流为基础的交流高压发电机断路器标准”规定，对发电型断路器型式试验考核内容主要是：系统源短路的开断与关合、发电机源短路开断和失步开断与关合，其他的型式试验考核与通用型断路器内容基本相同。 3.1 系统源短路的开断与关合试验 发电机型断路器是在非自动重合闸操作顺序下进行。直流分量分DC%<20%及DC%>20%两种条件；瞬态恢复电压（峰值）为1.7倍发电机最高工作电压；瞬态恢复电压的上升率为3.5kV/μs；关合试验按2.74倍额定短路电流（峰值）合并进行的。西门子公司在进行此项试验时，直流分量（DC%）均按75%额定短路电流考核。 通用型断路器一般都是在自动重合闸操作顺序下进行的。直流分量（DC%）<20%;瞬态恢复电压（峰值）为1.71倍额定工作电压；瞬态恢复电压上升率为0.34 kV/μs；关合试验是按2.5倍额定短路电流（峰值）与对称开断试验合并进行。当断路器的分闸时间≥60%ms时，则不必进行非对称开断试验。 3.2 发电机源短路的开断试验 发电机源短路的开断试验条件则更为苛刻，该试验具有更高的直流分量。按照ANSI/IEEEC37-013标准规定：此值为DC%=130%。对于这一试验考核，通用型断路器则是无法胜任的。 3.3 失步开断与关合试验 发电机型断路器失步开断与关合试验是在合、分条件进行的。外施电压和首相开断工频恢复电压为1.22倍发电机最高电压；开断电流为50%的交流分量有效值；直流分量（DC%）分<20%和≥50%两种条件；瞬态恢复电压峰值为2.5倍发电机最高电压；瞬态恢复电压上升率为3.3kV/μs；关合试验按2.5倍对称开断电流交流分量值（峰值）与开断试验合并进行。国外西门子公司在进行此项试验时的直流分量（DC%）为120%。通用型断路器的合、分失步开断与关合试验，外施电压和首相开断工频恢复电压为1.44倍系统最高电压；开断电流为25%的交流分量有效值；直流分量（DC%）＜20%；瞬态恢复电压峰值为2.55倍额定工作电压；瞬态恢复电压上升为0.26kV／μs；而对关合电流不作规定。 4 发电机出口断路器设计的思考 在发电机型断路器未进行开发研究之前，由于没有专门的发电机保护断路器，设计选型只能是选择额定电流大、短路开断电流大和直流分量大的断路器用于发电机回路作为保护设备。而如今，国外ABB公司、西门子公司、三菱公司和CE公司都可以提供发电机出口断路器，开断短路电流能力有63kA、72kA、100kA和120kA。国内北开和沈高的开断电流为80kA的发电机断路器也已通过了型式试验。 4.1 重视中小容量发电机保护断路器的设计应用 发电机保护断路器根据电厂接入系统方式、在电力系统中的作用、可靠性数值计算等，选型作为发电机保护回路主要保护电气设备，所以，正确设计选择发电机保护断路器直接关系着发电厂后期的电气设备合理投资、运行、维护简单方便、保证发电厂长期安全经济运行，事关重大，故应予以认真对待。 4.2 避免发电机保护断路器设计选型的误区 早期在发电机型断路器标准未实施之前，因为没有专门的发电机保护断路器产品，人们对于发电机断路器设计选型，只是考虑额定电流、短路开断电流和直流分量较大，就可以应用于发电机回路。 4.3 充分考虑系统的其他参数 充分考虑系统的动稳定，时间常数，瞬态恢复电压、失步开断电流和关合电流等其他参数。 例如，在选择某机组发电机断路器时，计算得出，在发电厂三电车间10kV母线最大运行方式下，发电机出口短路电流周期分量为57.9kA，直流分量为35.7kA，短路冲击是电流（计及各直馈线大电机反馈电流）178kA。现有开断能力为63kA的发电机断路器，开断电流直流分量为64kA，而短路耐受电流峰值为176kA，满足不了动稳定的要求，因此选用了西门子公司的短路开断电流为72kA的直空断路器。其主要指标为：额定电流为4000A，额定开断电流（周期分量）72kA，直流分量为75%.，短时耐受电流峰值为200kA。瞬态恢复电压（峰值）33kA；瞬态恢复电压的上升率为4.7kA/μS，完全满足系统要求。 4.4 精心设计、合理配置，确保发电机保护断路器可靠运行 发电机是发电厂的主机，而作为保护主机的断路器是保证发电机安全可靠运行的基础，为重中之重。熟悉掌握发电机保护断路器各种技术参数和功能，对于能够量化的技术参数，如额定工作电流、短路开断电流、直流分量（DC％）、最大关合电流等，设计中必须进行认真准确地计算；对于随机性的一些技术参数，如瞬态恢复电压峰值、上升率、时间常数、截流值等，尽可能地进行各种条件下的计算分析比较。根据已具备的设计数据，合理选择断路器的技术参数配置，确保发电机保护断路器长周期的、可靠、安全、经济运行水平。 参考文献 [1]西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分[M].北京:水利电力出版社,1991. [2]火力发电厂设计技术规程DL 5000-2000[S].北京:中国电力出版社,2000. [3]电力工程师手册.电气卷/东北电力集团公司编[M].北京:中国电力出版社,2000. 作者简介：吕珍梅 （1965，3-）、女、汉族、大学本科学历，工程师，从1986年起长期从事开关电器设计研究工作。 李建军（1966，2-）男、汉族、大学本科学历，工程师，从1988年开始长期从事技术工艺工作。 |
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