火电厂发电机出口断路器的选择与设计分析

摘 要 综合分析目前我国社会主义经济的发展情况，电力资源供不应求问题日益严重，而发电机出口断路器本身又同普通断路器存在较大差别，本文就火电厂发电机出口断路器的选择及设计方案的拟定进行了深入探讨，并总结了一系列要点，以供实际工作参考。

关键词 发电机；出口断路器；选择与设计

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）19-0154-01

出口断路器是火电厂内必不可少的装置，出口断路器的综合运行性能会直接给火电厂内其他设备的整体运行质量造成影响。尽管发电机出口断路器在机械特点、绝缘性能以及综合电气性能等方面基本和常规式断路器一样。但相比之下，出口断路器拥有更为严格的参数要求，考虑到发电机电感值比系统规范值大，故断路器应该具备瞬间承受巨大直流分量以及衰减时间常数的能力。

1 计算火电厂出口断路器直流分量

按照国家电路规范内容要求，断路器分闸所用时间每增加0.01s，相应的直流分量也应变为68%，衰减时间常数则对应在100-105ms之间，与一般性断路器相比具有较大差异。此外，与一般断路器相比，出口断路器的额定短路关合电流也应该有所调整，考虑到发电厂出口断路器需要承受更大的直流分量，故需要取额定短路电流值的2.75倍左右数值，作为额定短路关合电流的峰值。在调整火电厂出口断路器直流分量时，不仅需要在铭牌上标注额定短路电流的数值，还需要额外标注直流分量额定值。通常情况下，发电机出口断路器的直流分量值要远大于常规断路器直流分量值。

2 断路器型式的选择以及测试内容

按照目前国际上广泛采用的ANSI标准的最新内容中，关于发电机出口断路器的相关规定，应从多个方面对发电机类出口断路器功能进行考核：系统源短路、发电机源短路以及发电机失步几种情况下的断路器开断和开合都应当根据发电机情况做出相应调整，其他情况下的发电机出口断路器性能测试内容同常规断路器的性能测试内容基本一样。具体测试内容及步骤

如下。

2.1 系统源短路性能测试

考虑到发电机出口断路器的运行，采用的操作顺序与非自动重合闸保持一致。而直流分量又包含了低于20%与高于20%两种情况。瞬态恢复电压TRV的峰值应该是发电机工作电压最高值的1.7倍左右，相应的上升率则约为3.5kV/微秒；此外在测试出口断路器关合时，系统测试电流值也应该取短路电流峰值的2.74倍左右为最佳。若断路器分闸时间在60毫秒以上，则不需要额外进行不对称情况下的开断试验。针对发电机断路器与普通断路器性能试验对比，则应该充分参考三相试验情况下，首开相或者单相的试验环境。此外，即使开断与关合时，电流数值一样，则断路器的开关应该拥有较高的直流分量与瞬态恢复电压为基础对比常规性断路器，发电机出口断路器的相关要求更为严格。

2.2 发电机源短路性能测试

此时发电机源短路的闭合状态就自动更改为苛刻，此发电机电源中就具有更高的直流分量。根据ANSI/IEEEC37-013国际标准，规定最高直流分量应该为130%。一般的使用的断路器是无法通过这项考核。而实际项目经过试验考核发现，其DC%可以达到64%，由此可见，当开关DC%=80%的时候，可以满足技术要求，但是却无法满足标准规定。

2.3 发电机失步性能测试

用于发电机中的断路器，其开断及关合性能测试，分别在合与分条件下开展。取发电机电压最高值的1.22倍作为外施与首相开断工频两部分的恢复电压；取交流分量有效值的1/2作为开断电流；直流分量则需要划分为20%以下与50%以上两类情况；取发电机电压最高值的2.5倍作为瞬态恢复电压的峰值，其相应的上升率应该在3.3kV/微秒为宜；另外，应取开断电流交流峰值的2.5倍合并开展关合、开断两部分测试。

3 真空断路器截流过电压保护措施

考虑到其优秀的开断功能，故在发电机出口断路器中，广泛应用了真空断路器。由于真空环境具有良好的灭弧性，故在开断试验过程中可能会出现截流问题，而截流导致的操作过电压，则同断路器及系统的具体结构和配置密切关联，随机性较强。另外，考虑到断路器制造时，其工艺水平以及质量监管体系均有着随机局限性，故针对火电厂出口断路器，还应该在其GCB回路区域，额外安装过电压保护设施。

4 制定完善的出口断路器保护措施

由于发电机出口断路器的安装方式以及相关安装参数均以发电站实际情况为参考，又属于发电站重要的回路保护设施，故需要在科学合理选择其型号的同时，额外采取保护措施。

在发电机出口断路器的选择及设计时，应避免这些误区：在选择型号时，除考虑到额定电流以及短路开断电流等一般性数据外，还需要考虑到发电机回路的时间常数、失步情况下的电流参数等等多个方面，在确保全面考虑到各项参数的同时，选择最能满足火电厂发电机需要的产品。

此外，为了保障出口断路器的稳定安全运行，对断路器设计人员也提出了一定要求。首先，针对发电机型断路器的各项科学合理参数以及性能的测试，相关设计人员应全面掌握并较为熟悉。针对部分可以进行量化的参数，包括直流分量、额定规范工作电流、标准短路开端电流等等多个部分，在设计时应当确保结果的准确性。其次，针对发电机出口断路器设计中的部分随机性较强的技术参数，包括时间常数、截流值、瞬态恢复电压的峰值等等，应该尽量使用对比法，将其与不同情况下的计算结果进行分析对比，再结合已经拟定合理设计方案，具体确定断路器参数，从而使保护装置保持安全运行。

5 结束语

对发电厂出口断路器性能造成影响的因素，不仅仅只有电流和直流分量两部分大小，也包括了上升率以及恢复电压峰值两个部分，由于各项因素均会根据断路器性能出现相应变化，故需要根据相关标准内规定的参数，确定科学合理范围，保障发电机保护装置的高效运行

参考文献

[1]潘磊.火电厂发电机断路器设计选型分析[J].城市建设理论研究（电子版），2013（21）.

[2]高文富，刘云飞，厉英涛，等.浅谈小型火电厂发电机断路器设计选型[J].河南建材，2013（2）.

[3]刘思佳，黄海才，贾丽英，等.大型火电厂厂用电接线方案研究[J].电网与清洁能源，2013，29（10）.

[4]隋新，王伟婷，张国强，等.火电厂电气自动化技术探析[J].科技创新导报，2013（9）.

作者简介

康宇（1986-），男，陕西神木人，本科，研究方向：电厂电气一次高压设备（500 kV主变、断路器、励磁变等）。endprint