周利

摘要：隨著節(jié)能降耗工作的不斷開展，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)煤氣資源和低溫余熱等的綜合利用來(lái)發(fā)電成為必然。文章發(fā)從實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用出發(fā)，總結(jié)了發(fā)電機(jī)出口斷路器在從重鋼新區(qū)自發(fā)電系統(tǒng)中得應(yīng)用和好處，為類似自備電廠提供設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)短路；出口斷路器；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU990 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0024-02

重鋼環(huán)保搬遷后，將實(shí)現(xiàn)鋼產(chǎn)850萬(wàn)噸左右。在當(dāng)前電力供應(yīng)緊張的形勢(shì)下，隨著節(jié)能降耗工作的不斷深入開展，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)煤氣資源和低溫余熱等的綜合利用來(lái)發(fā)電成為必然。重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)總的發(fā)電機(jī)組容量將達(dá)約480MW。發(fā)電機(jī)組容量一般在12～28.5MW內(nèi)（個(gè)別搬遷的發(fā)電機(jī)組容量為50MW），發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)約20臺(tái)，就近分散安裝在各并網(wǎng)點(diǎn)。發(fā)電機(jī)數(shù)量眾多，將帶來(lái)短路電流大、直流分量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等不利于供電系統(tǒng)穩(wěn)定的因素。下面以重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)CCPP-CDQ項(xiàng)目CCPP區(qū)域的10kVⅡ段上的三菱燃機(jī)發(fā)電機(jī)組及其配套的汽輪機(jī)組為例進(jìn)行分析和應(yīng)用。

1 發(fā)電機(jī)短路的計(jì)算結(jié)果和特點(diǎn)

1.1 發(fā)電機(jī)組的主要參數(shù)如下表

1.2 系統(tǒng)接線示意圖和短路電流計(jì)算電抗圖

CCPP區(qū)域發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10kVⅡ段上的系統(tǒng)接線示意圖見圖1；電抗圖見圖2（括號(hào)內(nèi)為系統(tǒng)最小運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)阻抗。

1.3 發(fā)電機(jī)短路的計(jì)算結(jié)果

d2點(diǎn)短路時(shí)，由于電抗器的限流作用，最大短路電流小于20kA。本次主要計(jì)算d1點(diǎn)短時(shí)，系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)提供的周期和非周期電流分量。

直流分量衰減時(shí)間常數(shù)經(jīng)計(jì)算如下：3#發(fā)電機(jī)的直流分量衰減時(shí)間常數(shù)約297毫秒；4#發(fā)電機(jī)的直流分量衰減時(shí)間常數(shù)約208毫秒。根據(jù)規(guī)范要求，直流分量衰減時(shí)間常數(shù)大于60毫秒就必須校驗(yàn)斷路器直流分量的分?jǐn)嗄芰Α?/p>

1.4 發(fā)電機(jī)短路的特點(diǎn)

（1）直流分量衰減時(shí)間常數(shù)較大，直流分量衰減慢，短路電流有經(jīng)數(shù)百毫秒也不通過(guò)零點(diǎn)的情況；

（2）瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升速率大，交流電弧過(guò)零后復(fù)燃可能性大；

（3）存在失步開斷問題：失步狀況是在斷路器操作瞬間，由于發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)之間失去同步或達(dá)不到同步而引起的一種不正?；芈窢顩r。此時(shí)在斷路器兩邊電壓的旋轉(zhuǎn)向量之間出現(xiàn)了相位差，這種相位差有可能超過(guò)正常值，甚至高達(dá)180°。顯然，在失步狀態(tài)下，斷路器的合分能力將下降。這對(duì)發(fā)電機(jī)斷路器將提出苛刻的條件。在全反相開斷（失步角180°）情況下，額定失步開斷值為額定短路開斷電流值的25%。如果不考慮全反相開斷，例如，僅設(shè)定最大失步角為90°，其額定失步開斷電流用不大于額定開斷電流的50%。失步故障電流雖然較小，但恢復(fù)電壓較高（中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，工頻恢復(fù)電壓最大可為相電壓的三倍），斷路器開斷失步故障的難度較大。發(fā)電機(jī)斷路器一般為真空斷路器，而真空斷路器本身的短路電流開斷的分析本文不在此詳述。

2 發(fā)電機(jī)出口斷路器的特殊要求

2.1 額定短路開斷電流及其直流分量額定值

額定短路開斷電流在下列系列中選?。?1.5、40、50、63、80、100、125（135）、180、225、250、315（300）kA。

直流分量額定值：≥60%、≥80%。

2.2 額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓（TRV）

在100%額定短路開斷電流下的額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓特性與電源側(cè)設(shè)備類型有關(guān)。

當(dāng)短路電流來(lái)自變壓器組時(shí)，TRV特征值為：

注：U為斷路器的最高電壓，TRV的時(shí)延不得超過(guò)1μs。當(dāng)短路電流來(lái)自發(fā)電機(jī)時(shí)，TRV特征值為：

注：U為斷路器的最高電壓，TRV的時(shí)延不得超過(guò)0.5μs，幅值系數(shù)為1.5，首開相系數(shù)為1.5。

對(duì)它能滅弧原理的發(fā)電機(jī)斷路器只進(jìn)行100%方式下的試驗(yàn)；對(duì)自能滅弧原理的發(fā)電機(jī)斷路器應(yīng)進(jìn)行30%、60%和100%方式下的試驗(yàn)。這些試驗(yàn)方式下的TRV特征值一律按100%方式的要求整定。

3 3#和4#發(fā)電機(jī)出口斷路器的主要參數(shù)和優(yōu)點(diǎn)

3.1 發(fā)電機(jī)出口斷路器的主要參數(shù)

3.2 發(fā)電機(jī)出口斷路器的優(yōu)點(diǎn)

（1）利用斷路器觸頭分離產(chǎn)生很高的電弧電壓，來(lái)增大與串聯(lián)的電弧電阻，使短路電流直流分量快速衰減，從而強(qiáng)迫過(guò)零。也就是說(shuō)，發(fā)電機(jī)出口斷路器能滿足不過(guò)零時(shí)切斷短路電流，而不致產(chǎn)生危險(xiǎn)的過(guò)電壓。

（2）發(fā)電機(jī)出口斷路器的設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的斷路器極柱構(gòu)造，極柱通過(guò)環(huán)氧樹脂絕緣體安裝在同一機(jī)座位上。通過(guò)強(qiáng)固的支撐，極柱部分可固定真空滅弧室，保證其完全免受外力的作用。極其牢固和敞開式的構(gòu)造允許極柱部分的自然風(fēng)冷。這種設(shè)計(jì)基礎(chǔ)允許高機(jī)械和電氣開斷循環(huán)，高絕緣水平和大額定電流。彈簧驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和其它輔助機(jī)構(gòu)被整合在機(jī)構(gòu)箱里，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)構(gòu)、輔助開關(guān)、脫扣線圈、操作計(jì)數(shù)器、機(jī)械操作和指示機(jī)構(gòu)。

（3）三相聯(lián)動(dòng)操作機(jī)構(gòu)能提供安全的同步操作，減小升壓變壓器的故障平均恢復(fù)時(shí)間和發(fā)電機(jī)的故障平均恢復(fù)時(shí)間，使電廠的可利用率增加，從而提高電廠的效益。

（4）額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓高，瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升率大，利于電弧的熄滅。

4 發(fā)電機(jī)出口斷路器在CCPP區(qū)域的應(yīng)用

CCPP區(qū)域供電系統(tǒng)一次主接線示意圖（圖3）

從圖中可看出，重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)供電系統(tǒng)的主要接線方式如下：

（1）冶煉110kV區(qū)域變電站的兩路110kV進(jìn)線接自重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)220kV中央變電站110kV鐵系統(tǒng)母線；軋鋼和鋼軋110kV區(qū)域變電站的110kV進(jìn)線接自重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)220kV中央變電站110kV鋼系統(tǒng)母線。

（2）重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)220kV中央變電站現(xiàn)設(shè)有5臺(tái)220/110/35kV，120MVA的主變壓器，其中僅以110kV電壓等級(jí)向重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)各110kV區(qū)域變電站供電。110kV主接線為雙母線雙分段接線，正常運(yùn)行方式每一段110kV母線上均有一套CCPP的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。

而CCPP區(qū)域供電系統(tǒng)的呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)：

（1）發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量大，有8臺(tái)發(fā)電機(jī)，共228.5MW；

（2）每段10kV母線有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，扣除自用電后每段上網(wǎng)的電能約50MW，通過(guò)63MVA的升壓變壓器升至110kV。110kV為雙母線雙分段接線。

（3）110kV并網(wǎng)點(diǎn)有三處，分別是冶煉、軋鋼、鋼軋110kV區(qū)域變電站。

由以上特點(diǎn)分析可知，正常情況下CCPP區(qū)域的CCPP機(jī)組投入或退出時(shí)，對(duì)重鋼長(zhǎng)壽電網(wǎng)的影響極大，必須由重鋼長(zhǎng)壽調(diào)度中心與CCPP發(fā)電廠密切配合才能確保重鋼長(zhǎng)壽電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而在CCPP區(qū)域發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式和各種故障狀態(tài)下，其10kV發(fā)電機(jī)系統(tǒng)選擇額定電流大、開斷電流大、直流分量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的質(zhì)量可靠的發(fā)電機(jī)出口斷路器對(duì)提高重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)供電可靠性具有極其重要的意義。

5 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)出口斷路器作為發(fā)電廠最重要的開關(guān)設(shè)備，具有以下重要作用：（1）實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)、變壓器分別地、有選擇地進(jìn)行保護(hù)跳閘，簡(jiǎn)化了保護(hù)接線，而且機(jī)組內(nèi)部故障無(wú)須動(dòng)作于高壓斷路器從而避免了廠用電源的切換，這對(duì)于消除一些瞬時(shí)性故障特別是來(lái)自于鍋爐、汽輪機(jī)的熱工誤發(fā)信號(hào)，盡快恢復(fù)機(jī)組的運(yùn)行及避免因誤操作而導(dǎo)致的損失非常有益；（2）能夠及時(shí)切除發(fā)電機(jī)類型短路故障；（3）保證發(fā)電廠的生產(chǎn)，提高發(fā)電時(shí)間，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益；提高了重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)煤氣資源的利用率，為實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)煤氣的零排放提供了技術(shù)上的必要保證；（4）保證了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠性。

摘要：隨著節(jié)能降耗工作的不斷開展，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)煤氣資源和低溫余熱等的綜合利用來(lái)發(fā)電成為必然。文章發(fā)從實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用出發(fā)，總結(jié)了發(fā)電機(jī)出口斷路器在從重鋼新區(qū)自發(fā)電系統(tǒng)中得應(yīng)用和好處，為類似自備電廠提供設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)短路；出口斷路器；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU990 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0024-02

重鋼環(huán)保搬遷后，將實(shí)現(xiàn)鋼產(chǎn)850萬(wàn)噸左右。在當(dāng)前電力供應(yīng)緊張的形勢(shì)下，隨著節(jié)能降耗工作的不斷深入開展，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)煤氣資源和低溫余熱等的綜合利用來(lái)發(fā)電成為必然。重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)總的發(fā)電機(jī)組容量將達(dá)約480MW。發(fā)電機(jī)組容量一般在12～28.5MW內(nèi)（個(gè)別搬遷的發(fā)電機(jī)組容量為50MW），發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)約20臺(tái)，就近分散安裝在各并網(wǎng)點(diǎn)。發(fā)電機(jī)數(shù)量眾多，將帶來(lái)短路電流大、直流分量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等不利于供電系統(tǒng)穩(wěn)定的因素。下面以重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)CCPP-CDQ項(xiàng)目CCPP區(qū)域的10kVⅡ段上的三菱燃機(jī)發(fā)電機(jī)組及其配套的汽輪機(jī)組為例進(jìn)行分析和應(yīng)用。

1 發(fā)電機(jī)短路的計(jì)算結(jié)果和特點(diǎn)

1.1 發(fā)電機(jī)組的主要參數(shù)如下表

1.2 系統(tǒng)接線示意圖和短路電流計(jì)算電抗圖

CCPP區(qū)域發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10kVⅡ段上的系統(tǒng)接線示意圖見圖1；電抗圖見圖2（括號(hào)內(nèi)為系統(tǒng)最小運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)阻抗。

1.3 發(fā)電機(jī)短路的計(jì)算結(jié)果

d2點(diǎn)短路時(shí)，由于電抗器的限流作用，最大短路電流小于20kA。本次主要計(jì)算d1點(diǎn)短時(shí)，系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)提供的周期和非周期電流分量。

直流分量衰減時(shí)間常數(shù)經(jīng)計(jì)算如下：3#發(fā)電機(jī)的直流分量衰減時(shí)間常數(shù)約297毫秒；4#發(fā)電機(jī)的直流分量衰減時(shí)間常數(shù)約208毫秒。根據(jù)規(guī)范要求，直流分量衰減時(shí)間常數(shù)大于60毫秒就必須校驗(yàn)斷路器直流分量的分?jǐn)嗄芰Α?/p>

1.4 發(fā)電機(jī)短路的特點(diǎn)

（1）直流分量衰減時(shí)間常數(shù)較大，直流分量衰減慢，短路電流有經(jīng)數(shù)百毫秒也不通過(guò)零點(diǎn)的情況；

（2）瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升速率大，交流電弧過(guò)零后復(fù)燃可能性大；

（3）存在失步開斷問題：失步狀況是在斷路器操作瞬間，由于發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)之間失去同步或達(dá)不到同步而引起的一種不正常回路狀況。此時(shí)在斷路器兩邊電壓的旋轉(zhuǎn)向量之間出現(xiàn)了相位差，這種相位差有可能超過(guò)正常值，甚至高達(dá)180°。顯然，在失步狀態(tài)下，斷路器的合分能力將下降。這對(duì)發(fā)電機(jī)斷路器將提出苛刻的條件。在全反相開斷（失步角180°）情況下，額定失步開斷值為額定短路開斷電流值的25%。如果不考慮全反相開斷，例如，僅設(shè)定最大失步角為90°，其額定失步開斷電流用不大于額定開斷電流的50%。失步故障電流雖然較小，但恢復(fù)電壓較高（中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，工頻恢復(fù)電壓最大可為相電壓的三倍），斷路器開斷失步故障的難度較大。發(fā)電機(jī)斷路器一般為真空斷路器，而真空斷路器本身的短路電流開斷的分析本文不在此詳述。

2 發(fā)電機(jī)出口斷路器的特殊要求

2.1 額定短路開斷電流及其直流分量額定值

額定短路開斷電流在下列系列中選?。?1.5、40、50、63、80、100、125（135）、180、225、250、315（300）kA。

直流分量額定值：≥60%、≥80%。

2.2 額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓（TRV）

在100%額定短路開斷電流下的額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓特性與電源側(cè)設(shè)備類型有關(guān)。

當(dāng)短路電流來(lái)自變壓器組時(shí)，TRV特征值為：

注：U為斷路器的最高電壓，TRV的時(shí)延不得超過(guò)1μs。當(dāng)短路電流來(lái)自發(fā)電機(jī)時(shí)，TRV特征值為：

注：U為斷路器的最高電壓，TRV的時(shí)延不得超過(guò)0.5μs，幅值系數(shù)為1.5，首開相系數(shù)為1.5。

對(duì)它能滅弧原理的發(fā)電機(jī)斷路器只進(jìn)行100%方式下的試驗(yàn)；對(duì)自能滅弧原理的發(fā)電機(jī)斷路器應(yīng)進(jìn)行30%、60%和100%方式下的試驗(yàn)。這些試驗(yàn)方式下的TRV特征值一律按100%方式的要求整定。

3 3#和4#發(fā)電機(jī)出口斷路器的主要參數(shù)和優(yōu)點(diǎn)

3.1 發(fā)電機(jī)出口斷路器的主要參數(shù)

3.2 發(fā)電機(jī)出口斷路器的優(yōu)點(diǎn)

（1）利用斷路器觸頭分離產(chǎn)生很高的電弧電壓，來(lái)增大與串聯(lián)的電弧電阻，使短路電流直流分量快速衰減，從而強(qiáng)迫過(guò)零。也就是說(shuō)，發(fā)電機(jī)出口斷路器能滿足不過(guò)零時(shí)切斷短路電流，而不致產(chǎn)生危險(xiǎn)的過(guò)電壓。

（2）發(fā)電機(jī)出口斷路器的設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的斷路器極柱構(gòu)造，極柱通過(guò)環(huán)氧樹脂絕緣體安裝在同一機(jī)座位上。通過(guò)強(qiáng)固的支撐，極柱部分可固定真空滅弧室，保證其完全免受外力的作用。極其牢固和敞開式的構(gòu)造允許極柱部分的自然風(fēng)冷。這種設(shè)計(jì)基礎(chǔ)允許高機(jī)械和電氣開斷循環(huán)，高絕緣水平和大額定電流。彈簧驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和其它輔助機(jī)構(gòu)被整合在機(jī)構(gòu)箱里，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)構(gòu)、輔助開關(guān)、脫扣線圈、操作計(jì)數(shù)器、機(jī)械操作和指示機(jī)構(gòu)。

（3）三相聯(lián)動(dòng)操作機(jī)構(gòu)能提供安全的同步操作，減小升壓變壓器的故障平均恢復(fù)時(shí)間和發(fā)電機(jī)的故障平均恢復(fù)時(shí)間，使電廠的可利用率增加，從而提高電廠的效益。

（4）額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓高，瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升率大，利于電弧的熄滅。

4 發(fā)電機(jī)出口斷路器在CCPP區(qū)域的應(yīng)用

CCPP區(qū)域供電系統(tǒng)一次主接線示意圖（圖3）

從圖中可看出，重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)供電系統(tǒng)的主要接線方式如下：

（1）冶煉110kV區(qū)域變電站的兩路110kV進(jìn)線接自重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)220kV中央變電站110kV鐵系統(tǒng)母線；軋鋼和鋼軋110kV區(qū)域變電站的110kV進(jìn)線接自重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)220kV中央變電站110kV鋼系統(tǒng)母線。

（2）重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)220kV中央變電站現(xiàn)設(shè)有5臺(tái)220/110/35kV，120MVA的主變壓器，其中僅以110kV電壓等級(jí)向重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)各110kV區(qū)域變電站供電。110kV主接線為雙母線雙分段接線，正常運(yùn)行方式每一段110kV母線上均有一套CCPP的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。

而CCPP區(qū)域供電系統(tǒng)的呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)：

（1）發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量大，有8臺(tái)發(fā)電機(jī)，共228.5MW；

（2）每段10kV母線有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，扣除自用電后每段上網(wǎng)的電能約50MW，通過(guò)63MVA的升壓變壓器升至110kV。110kV為雙母線雙分段接線。

（3）110kV并網(wǎng)點(diǎn)有三處，分別是冶煉、軋鋼、鋼軋110kV區(qū)域變電站。

由以上特點(diǎn)分析可知，正常情況下CCPP區(qū)域的CCPP機(jī)組投入或退出時(shí)，對(duì)重鋼長(zhǎng)壽電網(wǎng)的影響極大，必須由重鋼長(zhǎng)壽調(diào)度中心與CCPP發(fā)電廠密切配合才能確保重鋼長(zhǎng)壽電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而在CCPP區(qū)域發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式和各種故障狀態(tài)下，其10kV發(fā)電機(jī)系統(tǒng)選擇額定電流大、開斷電流大、直流分量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的質(zhì)量可靠的發(fā)電機(jī)出口斷路器對(duì)提高重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)供電可靠性具有極其重要的意義。

5 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)出口斷路器作為發(fā)電廠最重要的開關(guān)設(shè)備，具有以下重要作用：（1）實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)、變壓器分別地、有選擇地進(jìn)行保護(hù)跳閘，簡(jiǎn)化了保護(hù)接線，而且機(jī)組內(nèi)部故障無(wú)須動(dòng)作于高壓斷路器從而避免了廠用電源的切換，這對(duì)于消除一些瞬時(shí)性故障特別是來(lái)自于鍋爐、汽輪機(jī)的熱工誤發(fā)信號(hào)，盡快恢復(fù)機(jī)組的運(yùn)行及避免因誤操作而導(dǎo)致的損失非常有益；（2）能夠及時(shí)切除發(fā)電機(jī)類型短路故障；（3）保證發(fā)電廠的生產(chǎn)，提高發(fā)電時(shí)間，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益；提高了重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)煤氣資源的利用率，為實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)煤氣的零排放提供了技術(shù)上的必要保證；（4）保證了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠性。

摘要：隨著節(jié)能降耗工作的不斷開展，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)煤氣資源和低溫余熱等的綜合利用來(lái)發(fā)電成為必然。文章發(fā)從實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用出發(fā)，總結(jié)了發(fā)電機(jī)出口斷路器在從重鋼新區(qū)自發(fā)電系統(tǒng)中得應(yīng)用和好處，為類似自備電廠提供設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)短路；出口斷路器；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU990 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）10-0024-02

重鋼環(huán)保搬遷后，將實(shí)現(xiàn)鋼產(chǎn)850萬(wàn)噸左右。在當(dāng)前電力供應(yīng)緊張的形勢(shì)下，隨著節(jié)能降耗工作的不斷深入開展，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)煤氣資源和低溫余熱等的綜合利用來(lái)發(fā)電成為必然。重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)總的發(fā)電機(jī)組容量將達(dá)約480MW。發(fā)電機(jī)組容量一般在12～28.5MW內(nèi)（個(gè)別搬遷的發(fā)電機(jī)組容量為50MW），發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)約20臺(tái)，就近分散安裝在各并網(wǎng)點(diǎn)。發(fā)電機(jī)數(shù)量眾多，將帶來(lái)短路電流大、直流分量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等不利于供電系統(tǒng)穩(wěn)定的因素。下面以重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)CCPP-CDQ項(xiàng)目CCPP區(qū)域的10kVⅡ段上的三菱燃機(jī)發(fā)電機(jī)組及其配套的汽輪機(jī)組為例進(jìn)行分析和應(yīng)用。

1 發(fā)電機(jī)短路的計(jì)算結(jié)果和特點(diǎn)

1.1 發(fā)電機(jī)組的主要參數(shù)如下表

1.2 系統(tǒng)接線示意圖和短路電流計(jì)算電抗圖

CCPP區(qū)域發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10kVⅡ段上的系統(tǒng)接線示意圖見圖1；電抗圖見圖2（括號(hào)內(nèi)為系統(tǒng)最小運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)阻抗。

1.3 發(fā)電機(jī)短路的計(jì)算結(jié)果

d2點(diǎn)短路時(shí)，由于電抗器的限流作用，最大短路電流小于20kA。本次主要計(jì)算d1點(diǎn)短時(shí)，系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)提供的周期和非周期電流分量。

直流分量衰減時(shí)間常數(shù)經(jīng)計(jì)算如下：3#發(fā)電機(jī)的直流分量衰減時(shí)間常數(shù)約297毫秒；4#發(fā)電機(jī)的直流分量衰減時(shí)間常數(shù)約208毫秒。根據(jù)規(guī)范要求，直流分量衰減時(shí)間常數(shù)大于60毫秒就必須校驗(yàn)斷路器直流分量的分?jǐn)嗄芰Α?/p>

1.4 發(fā)電機(jī)短路的特點(diǎn)

（1）直流分量衰減時(shí)間常數(shù)較大，直流分量衰減慢，短路電流有經(jīng)數(shù)百毫秒也不通過(guò)零點(diǎn)的情況；

（2）瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升速率大，交流電弧過(guò)零后復(fù)燃可能性大；

（3）存在失步開斷問題：失步狀況是在斷路器操作瞬間，由于發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)之間失去同步或達(dá)不到同步而引起的一種不正?；芈窢顩r。此時(shí)在斷路器兩邊電壓的旋轉(zhuǎn)向量之間出現(xiàn)了相位差，這種相位差有可能超過(guò)正常值，甚至高達(dá)180°。顯然，在失步狀態(tài)下，斷路器的合分能力將下降。這對(duì)發(fā)電機(jī)斷路器將提出苛刻的條件。在全反相開斷（失步角180°）情況下，額定失步開斷值為額定短路開斷電流值的25%。如果不考慮全反相開斷，例如，僅設(shè)定最大失步角為90°，其額定失步開斷電流用不大于額定開斷電流的50%。失步故障電流雖然較小，但恢復(fù)電壓較高（中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，工頻恢復(fù)電壓最大可為相電壓的三倍），斷路器開斷失步故障的難度較大。發(fā)電機(jī)斷路器一般為真空斷路器，而真空斷路器本身的短路電流開斷的分析本文不在此詳述。

2 發(fā)電機(jī)出口斷路器的特殊要求

2.1 額定短路開斷電流及其直流分量額定值

額定短路開斷電流在下列系列中選?。?1.5、40、50、63、80、100、125（135）、180、225、250、315（300）kA。

直流分量額定值：≥60%、≥80%。

2.2 額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓（TRV）

在100%額定短路開斷電流下的額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓特性與電源側(cè)設(shè)備類型有關(guān)。

當(dāng)短路電流來(lái)自變壓器組時(shí)，TRV特征值為：

注：U為斷路器的最高電壓，TRV的時(shí)延不得超過(guò)1μs。當(dāng)短路電流來(lái)自發(fā)電機(jī)時(shí)，TRV特征值為：

注：U為斷路器的最高電壓，TRV的時(shí)延不得超過(guò)0.5μs，幅值系數(shù)為1.5，首開相系數(shù)為1.5。

對(duì)它能滅弧原理的發(fā)電機(jī)斷路器只進(jìn)行100%方式下的試驗(yàn)；對(duì)自能滅弧原理的發(fā)電機(jī)斷路器應(yīng)進(jìn)行30%、60%和100%方式下的試驗(yàn)。這些試驗(yàn)方式下的TRV特征值一律按100%方式的要求整定。

3 3#和4#發(fā)電機(jī)出口斷路器的主要參數(shù)和優(yōu)點(diǎn)

3.1 發(fā)電機(jī)出口斷路器的主要參數(shù)

3.2 發(fā)電機(jī)出口斷路器的優(yōu)點(diǎn)

（1）利用斷路器觸頭分離產(chǎn)生很高的電弧電壓，來(lái)增大與串聯(lián)的電弧電阻，使短路電流直流分量快速衰減，從而強(qiáng)迫過(guò)零。也就是說(shuō)，發(fā)電機(jī)出口斷路器能滿足不過(guò)零時(shí)切斷短路電流，而不致產(chǎn)生危險(xiǎn)的過(guò)電壓。

（2）發(fā)電機(jī)出口斷路器的設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的斷路器極柱構(gòu)造，極柱通過(guò)環(huán)氧樹脂絕緣體安裝在同一機(jī)座位上。通過(guò)強(qiáng)固的支撐，極柱部分可固定真空滅弧室，保證其完全免受外力的作用。極其牢固和敞開式的構(gòu)造允許極柱部分的自然風(fēng)冷。這種設(shè)計(jì)基礎(chǔ)允許高機(jī)械和電氣開斷循環(huán)，高絕緣水平和大額定電流。彈簧驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和其它輔助機(jī)構(gòu)被整合在機(jī)構(gòu)箱里，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)構(gòu)、輔助開關(guān)、脫扣線圈、操作計(jì)數(shù)器、機(jī)械操作和指示機(jī)構(gòu)。

（3）三相聯(lián)動(dòng)操作機(jī)構(gòu)能提供安全的同步操作，減小升壓變壓器的故障平均恢復(fù)時(shí)間和發(fā)電機(jī)的故障平均恢復(fù)時(shí)間，使電廠的可利用率增加，從而提高電廠的效益。

（4）額定瞬態(tài)恢復(fù)電壓高，瞬態(tài)恢復(fù)電壓上升率大，利于電弧的熄滅。

4 發(fā)電機(jī)出口斷路器在CCPP區(qū)域的應(yīng)用

CCPP區(qū)域供電系統(tǒng)一次主接線示意圖（圖3）

從圖中可看出，重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)供電系統(tǒng)的主要接線方式如下：

（1）冶煉110kV區(qū)域變電站的兩路110kV進(jìn)線接自重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)220kV中央變電站110kV鐵系統(tǒng)母線；軋鋼和鋼軋110kV區(qū)域變電站的110kV進(jìn)線接自重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)220kV中央變電站110kV鋼系統(tǒng)母線。

（2）重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)220kV中央變電站現(xiàn)設(shè)有5臺(tái)220/110/35kV，120MVA的主變壓器，其中僅以110kV電壓等級(jí)向重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)各110kV區(qū)域變電站供電。110kV主接線為雙母線雙分段接線，正常運(yùn)行方式每一段110kV母線上均有一套CCPP的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。

而CCPP區(qū)域供電系統(tǒng)的呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)：

（1）發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量大，有8臺(tái)發(fā)電機(jī)，共228.5MW；

（2）每段10kV母線有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，扣除自用電后每段上網(wǎng)的電能約50MW，通過(guò)63MVA的升壓變壓器升至110kV。110kV為雙母線雙分段接線。

（3）110kV并網(wǎng)點(diǎn)有三處，分別是冶煉、軋鋼、鋼軋110kV區(qū)域變電站。

由以上特點(diǎn)分析可知，正常情況下CCPP區(qū)域的CCPP機(jī)組投入或退出時(shí)，對(duì)重鋼長(zhǎng)壽電網(wǎng)的影響極大，必須由重鋼長(zhǎng)壽調(diào)度中心與CCPP發(fā)電廠密切配合才能確保重鋼長(zhǎng)壽電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而在CCPP區(qū)域發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行方式和各種故障狀態(tài)下，其10kV發(fā)電機(jī)系統(tǒng)選擇額定電流大、開斷電流大、直流分量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的質(zhì)量可靠的發(fā)電機(jī)出口斷路器對(duì)提高重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)供電可靠性具有極其重要的意義。

5 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)出口斷路器作為發(fā)電廠最重要的開關(guān)設(shè)備，具有以下重要作用：（1）實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)、變壓器分別地、有選擇地進(jìn)行保護(hù)跳閘，簡(jiǎn)化了保護(hù)接線，而且機(jī)組內(nèi)部故障無(wú)須動(dòng)作于高壓斷路器從而避免了廠用電源的切換，這對(duì)于消除一些瞬時(shí)性故障特別是來(lái)自于鍋爐、汽輪機(jī)的熱工誤發(fā)信號(hào)，盡快恢復(fù)機(jī)組的運(yùn)行及避免因誤操作而導(dǎo)致的損失非常有益；（2）能夠及時(shí)切除發(fā)電機(jī)類型短路故障；（3）保證發(fā)電廠的生產(chǎn)，提高發(fā)電時(shí)間，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益；提高了重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)煤氣資源的利用率，為實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)煤氣的零排放提供了技術(shù)上的必要保證；（4）保證了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠性。