火電廠發(fā)電機(jī)出口斷路器的選擇與設(shè)計(jì)分析

摘 要 綜合分析目前我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展情況，電力資源供不應(yīng)求問(wèn)題日益嚴(yán)重，而發(fā)電機(jī)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(jī)出口斷路器的選擇及設(shè)計(jì)方案的擬定進(jìn)行了深入探討，并總結(jié)了一系列要點(diǎn)，以供實(shí)際工作參考。

關(guān)鍵詞 發(fā)電機(jī)；出口斷路器；選擇與設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）19-0154-01

出口斷路器是火電廠內(nèi)必不可少的裝置，出口斷路器的綜合運(yùn)行性能會(huì)直接給火電廠內(nèi)其他設(shè)備的整體運(yùn)行質(zhì)量造成影響。盡管發(fā)電機(jī)出口斷路器在機(jī)械特點(diǎn)、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(yán)格的參數(shù)要求，考慮到發(fā)電機(jī)電感值比系統(tǒng)規(guī)范值大，故斷路器應(yīng)該具備瞬間承受巨大直流分量以及衰減時(shí)間常數(shù)的能力。

1 計(jì)算火電廠出口斷路器直流分量

按照國(guó)家電路規(guī)范內(nèi)容要求，斷路器分閘所用時(shí)間每增加0.01s，相應(yīng)的直流分量也應(yīng)變?yōu)?8%，衰減時(shí)間常數(shù)則對(duì)應(yīng)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(guān)合電流也應(yīng)該有所調(diào)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(guān)合電流的峰值。在調(diào)整火電廠出口斷路器直流分量時(shí)，不僅需要在銘牌上標(biāo)注額定短路電流的數(shù)值，還需要額外標(biāo)注直流分量額定值。通常情況下，發(fā)電機(jī)出口斷路器的直流分量值要遠(yuǎn)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(cè)試內(nèi)容

按照目前國(guó)際上廣泛采用的ANSI標(biāo)準(zhǔn)的最新內(nèi)容中，關(guān)于發(fā)電機(jī)出口斷路器的相關(guān)規(guī)定，應(yīng)從多個(gè)方面對(duì)發(fā)電機(jī)類出口斷路器功能進(jìn)行考核：系統(tǒng)源短路、發(fā)電機(jī)源短路以及發(fā)電機(jī)失步幾種情況下的斷路器開斷和開合都應(yīng)當(dāng)根據(jù)發(fā)電機(jī)情況做出相應(yīng)調(diào)整，其他情況下的發(fā)電機(jī)出口斷路器性能測(cè)試內(nèi)容同常規(guī)斷路器的性能測(cè)試內(nèi)容基本一樣。具體測(cè)試內(nèi)容及步驟

如下。

2.1 系統(tǒng)源短路性能測(cè)試

考慮到發(fā)電機(jī)出口斷路器的運(yùn)行，采用的操作順序與非自動(dòng)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(fù)電壓TRV的峰值應(yīng)該是發(fā)電機(jī)工作電壓最高值的1.7倍左右，相應(yīng)的上升率則約為3.5kV/微秒；此外在測(cè)試出口斷路器關(guān)合時(shí)，系統(tǒng)測(cè)試電流值也應(yīng)該取短路電流峰值的2.74倍左右為最佳。若斷路器分閘時(shí)間在60毫秒以上，則不需要額外進(jìn)行不對(duì)稱情況下的開斷試驗(yàn)。針對(duì)發(fā)電機(jī)斷路器與普通斷路器性能試驗(yàn)對(duì)比，則應(yīng)該充分參考三相試驗(yàn)情況下，首開相或者單相的試驗(yàn)環(huán)境。此外，即使開斷與關(guān)合時(shí)，電流數(shù)值一樣，則斷路器的開關(guān)應(yīng)該擁有較高的直流分量與瞬態(tài)恢復(fù)電壓為基礎(chǔ)對(duì)比常規(guī)性斷路器，發(fā)電機(jī)出口斷路器的相關(guān)要求更為嚴(yán)格。

2.2 發(fā)電機(jī)源短路性能測(cè)試

此時(shí)發(fā)電機(jī)源短路的閉合狀態(tài)就自動(dòng)更改為苛刻，此發(fā)電機(jī)電源中就具有更高的直流分量。根據(jù)ANSI/IEEEC37-013國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定最高直流分量應(yīng)該為130%。一般的使用的斷路器是無(wú)法通過(guò)這項(xiàng)考核。而實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)過(guò)試驗(yàn)考核發(fā)現(xiàn)，其DC%可以達(dá)到64%，由此可見(jiàn)，當(dāng)開關(guān)DC%=80%的時(shí)候，可以滿足技術(shù)要求，但是卻無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2.3 發(fā)電機(jī)失步性能測(cè)試

用于發(fā)電機(jī)中的斷路器，其開斷及關(guān)合性能測(cè)試，分別在合與分條件下開展。取發(fā)電機(jī)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(fù)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?jiǎng)澐譃?0%以下與50%以上兩類情況；取發(fā)電機(jī)電壓最高值的2.5倍作為瞬態(tài)恢復(fù)電壓的峰值，其相應(yīng)的上升率應(yīng)該在3.3kV/微秒為宜；另外，應(yīng)取開斷電流交流峰值的2.5倍合并開展關(guān)合、開斷兩部分測(cè)試。

3 真空斷路器截流過(guò)電壓保護(hù)措施

考慮到其優(yōu)秀的開斷功能，故在發(fā)電機(jī)出口斷路器中，廣泛應(yīng)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(yàn)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)截流問(wèn)題，而截流導(dǎo)致的操作過(guò)電壓，則同斷路器及系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和配置密切關(guān)聯(lián)，隨機(jī)性較強(qiáng)。另外，考慮到斷路器制造時(shí)，其工藝水平以及質(zhì)量監(jiān)管體系均有著隨機(jī)局限性，故針對(duì)火電廠出口斷路器，還應(yīng)該在其GCB回路區(qū)域，額外安裝過(guò)電壓保護(hù)設(shè)施。

4 制定完善的出口斷路器保護(hù)措施

由于發(fā)電機(jī)出口斷路器的安裝方式以及相關(guān)安裝參數(shù)均以發(fā)電站實(shí)際情況為參考，又屬于發(fā)電站重要的回路保護(hù)設(shè)施，故需要在科學(xué)合理選擇其型號(hào)的同時(shí)，額外采取保護(hù)措施。

在發(fā)電機(jī)出口斷路器的選擇及設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免這些誤區(qū)：在選擇型號(hào)時(shí)，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(jī)回路的時(shí)間常數(shù)、失步情況下的電流參數(shù)等等多個(gè)方面，在確保全面考慮到各項(xiàng)參數(shù)的同時(shí)，選擇最能滿足火電廠發(fā)電機(jī)需要的產(chǎn)品。

此外，為了保障出口斷路器的穩(wěn)定安全運(yùn)行，對(duì)斷路器設(shè)計(jì)人員也提出了一定要求。首先，針對(duì)發(fā)電機(jī)型斷路器的各項(xiàng)科學(xué)合理參數(shù)以及性能的測(cè)試，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)全面掌握并較為熟悉。針對(duì)部分可以進(jìn)行量化的參數(shù)，包括直流分量、額定規(guī)范工作電流、標(biāo)準(zhǔn)短路開端電流等等多個(gè)部分，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。其次，針對(duì)發(fā)電機(jī)出口斷路器設(shè)計(jì)中的部分隨機(jī)性較強(qiáng)的技術(shù)參數(shù)，包括時(shí)間常數(shù)、截流值、瞬態(tài)恢復(fù)電壓的峰值等等，應(yīng)該盡量使用對(duì)比法，將其與不同情況下的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，再結(jié)合已經(jīng)擬定合理設(shè)計(jì)方案，具體確定斷路器參數(shù)，從而使保護(hù)裝置保持安全運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)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?jī)刹糠执笮?，也包括了上升率以及恢?fù)電壓峰值兩個(gè)部分，由于各項(xiàng)因素均會(huì)根據(jù)斷路器性能出現(xiàn)相應(yīng)變化，故需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)規(guī)定的參數(shù)，確定科學(xué)合理范圍，保障發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置的高效運(yùn)行

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作者簡(jiǎn)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(shè)備（500 kV主變、斷路器、勵(lì)磁變等）。endprint