火電廠發(fā)電機出口斷路器的選擇與設計分析

摘 要 綜合分析目前我國社會主義經濟的發(fā)展情況，電力資源供不應求問題日益嚴重，而發(fā)電機出口斷路器本身又同普通斷路器存在較大差別，本文就火電廠發(fā)電機出口斷路器的選擇及設計方案的擬定進行了深入探討，并總結了一系列要點，以供實際工作參考。

關鍵詞 發(fā)電機；出口斷路器；選擇與設計

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）19-0154-01

出口斷路器是火電廠內必不可少的裝置，出口斷路器的綜合運行性能會直接給火電廠內其他設備的整體運行質量造成影響。盡管發(fā)電機出口斷路器在機械特點、絕緣性能以及綜合電氣性能等方面基本和常規(guī)式斷路器一樣。但相比之下，出口斷路器擁有更為嚴格的參數(shù)要求，考慮到發(fā)電機電感值比系統(tǒng)規(guī)范值大，故斷路器應該具備瞬間承受巨大直流分量以及衰減時間常數(shù)的能力。

1 計算火電廠出口斷路器直流分量

按照國家電路規(guī)范內容要求，斷路器分閘所用時間每增加0.01s，相應的直流分量也應變?yōu)?8%，衰減時間常數(shù)則對應在100-105ms之間，與一般性斷路器相比具有較大差異。此外，與一般斷路器相比，出口斷路器的額定短路關合電流也應該有所調整，考慮到發(fā)電廠出口斷路器需要承受更大的直流分量，故需要取額定短路電流值的2.75倍左右數(shù)值，作為額定短路關合電流的峰值。在調整火電廠出口斷路器直流分量時，不僅需要在銘牌上標注額定短路電流的數(shù)值，還需要額外標注直流分量額定值。通常情況下，發(fā)電機出口斷路器的直流分量值要遠大于常規(guī)斷路器直流分量值。

2 斷路器型式的選擇以及測試內容

按照目前國際上廣泛采用的ANSI標準的最新內容中，關于發(fā)電機出口斷路器的相關規(guī)定，應從多個方面對發(fā)電機類出口斷路器功能進行考核：系統(tǒng)源短路、發(fā)電機源短路以及發(fā)電機失步幾種情況下的斷路器開斷和開合都應當根據(jù)發(fā)電機情況做出相應調整，其他情況下的發(fā)電機出口斷路器性能測試內容同常規(guī)斷路器的性能測試內容基本一樣。具體測試內容及步驟

如下。

2.1 系統(tǒng)源短路性能測試

考慮到發(fā)電機出口斷路器的運行，采用的操作順序與非自動重合閘保持一致。而直流分量又包含了低于20%與高于20%兩種情況。瞬態(tài)恢復電壓TRV的峰值應該是發(fā)電機工作電壓最高值的1.7倍左右，相應的上升率則約為3.5kV/微秒；此外在測試出口斷路器關合時，系統(tǒng)測試電流值也應該取短路電流峰值的2.74倍左右為最佳。若斷路器分閘時間在60毫秒以上，則不需要額外進行不對稱情況下的開斷試驗。針對發(fā)電機斷路器與普通斷路器性能試驗對比，則應該充分參考三相試驗情況下，首開相或者單相的試驗環(huán)境。此外，即使開斷與關合時，電流數(shù)值一樣，則斷路器的開關應該擁有較高的直流分量與瞬態(tài)恢復電壓為基礎對比常規(guī)性斷路器，發(fā)電機出口斷路器的相關要求更為嚴格。

2.2 發(fā)電機源短路性能測試

此時發(fā)電機源短路的閉合狀態(tài)就自動更改為苛刻，此發(fā)電機電源中就具有更高的直流分量。根據(jù)ANSI/IEEEC37-013國際標準，規(guī)定最高直流分量應該為130%。一般的使用的斷路器是無法通過這項考核。而實際項目經過試驗考核發(fā)現(xiàn)，其DC%可以達到64%，由此可見，當開關DC%=80%的時候，可以滿足技術要求，但是卻無法滿足標準規(guī)定。

2.3 發(fā)電機失步性能測試

用于發(fā)電機中的斷路器，其開斷及關合性能測試，分別在合與分條件下開展。取發(fā)電機電壓最高值的1.22倍作為外施與首相開斷工頻兩部分的恢復電壓；取交流分量有效值的1/2作為開斷電流；直流分量則需要劃分為20%以下與50%以上兩類情況；取發(fā)電機電壓最高值的2.5倍作為瞬態(tài)恢復電壓的峰值，其相應的上升率應該在3.3kV/微秒為宜；另外，應取開斷電流交流峰值的2.5倍合并開展關合、開斷兩部分測試。

3 真空斷路器截流過電壓保護措施

考慮到其優(yōu)秀的開斷功能，故在發(fā)電機出口斷路器中，廣泛應用了真空斷路器。由于真空環(huán)境具有良好的滅弧性，故在開斷試驗過程中可能會出現(xiàn)截流問題，而截流導致的操作過電壓，則同斷路器及系統(tǒng)的具體結構和配置密切關聯(lián)，隨機性較強。另外，考慮到斷路器制造時，其工藝水平以及質量監(jiān)管體系均有著隨機局限性，故針對火電廠出口斷路器，還應該在其GCB回路區(qū)域，額外安裝過電壓保護設施。

4 制定完善的出口斷路器保護措施

由于發(fā)電機出口斷路器的安裝方式以及相關安裝參數(shù)均以發(fā)電站實際情況為參考，又屬于發(fā)電站重要的回路保護設施，故需要在科學合理選擇其型號的同時，額外采取保護措施。

在發(fā)電機出口斷路器的選擇及設計時，應避免這些誤區(qū)：在選擇型號時，除考慮到額定電流以及短路開斷電流等一般性數(shù)據(jù)外，還需要考慮到發(fā)電機回路的時間常數(shù)、失步情況下的電流參數(shù)等等多個方面，在確保全面考慮到各項參數(shù)的同時，選擇最能滿足火電廠發(fā)電機需要的產品。

此外，為了保障出口斷路器的穩(wěn)定安全運行，對斷路器設計人員也提出了一定要求。首先，針對發(fā)電機型斷路器的各項科學合理參數(shù)以及性能的測試，相關設計人員應全面掌握并較為熟悉。針對部分可以進行量化的參數(shù)，包括直流分量、額定規(guī)范工作電流、標準短路開端電流等等多個部分，在設計時應當確保結果的準確性。其次，針對發(fā)電機出口斷路器設計中的部分隨機性較強的技術參數(shù)，包括時間常數(shù)、截流值、瞬態(tài)恢復電壓的峰值等等，應該盡量使用對比法，將其與不同情況下的計算結果進行分析對比，再結合已經擬定合理設計方案，具體確定斷路器參數(shù)，從而使保護裝置保持安全運行。

5 結束語

對發(fā)電廠出口斷路器性能造成影響的因素，不僅僅只有電流和直流分量兩部分大小，也包括了上升率以及恢復電壓峰值兩個部分，由于各項因素均會根據(jù)斷路器性能出現(xiàn)相應變化，故需要根據(jù)相關標準內規(guī)定的參數(shù)，確定科學合理范圍，保障發(fā)電機保護裝置的高效運行

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作者簡介

康宇（1986-），男，陜西神木人，本科，研究方向：電廠電氣一次高壓設備（500 kV主變、斷路器、勵磁變等）。endprint