中小型水电站发电机保护断路器设计选型的思考

摘要：通常，人们习惯地对单机容量100MVA及以下的发电机组称为中小型发电机。鉴于我国能源综合利用开发的基本国策，自西部大开发以来，特别在西南地区，中小型水力发电机组建设拔地而起，产业结构也已具备了一定的规模，随着市场经济的发展，对于中小型水力发电机保护断路器的设计选型，改变以往使用通用型断路器为发电机型断路器的传统，已是大势所趋。

　　关键词：断路器 水电站 发电机

　　1 发电机型断路器与通用型断路器的技术性能比较

　　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；同时，额定短路关合电流也不相同，发电机型断路器因为直流分量较大，额定短路关合电流(峰值)为额定短路电流的2.74倍，而通用型断路器此值仅为2.5倍；在表述方式上，发电机型断路器的铭牌除标有额定短路电流值外，同时还注明有直流分量(DC%)值，而通用型断路器则仅标有额定短路电流值。

　　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。

　　2 发电机型断路器的主要型式试验考核内容

　　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。其它的型式试验考核与通用型断路器内容基本相同。

　　(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。国外西屋和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0.34kV/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≥60ms时，则不必进行非对称开断试验。

　　上述两种类型断路器的试验考核，均相当于三相试验时首开相或者单相试验时的条件。相比之下，即便是开断电流的数值相同，而发电机型断路器则是在高直流分量和瞬态恢复电压下进行开断，开断条件较通用型断路器苛刻得多。

　　(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)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、分条件下进行的。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；国外西屋公司在进行此项试验时的直流分量(DC%)为80%；西门子公司为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；瞬态恢复电压上升率为0.26kV/μs；而对关合电流不作规定。

　　我国国家标准GB1984规定：失步开断仅适用于联络断路器，对于通用型断路器在10kV系统应用时，则不必进行失步开断与关合此项试验。该标准已被修订，目前正在待批。相对比较，发电机型断路器对失步开断与关合试验不仅要做，而且直流分量和瞬态恢复电压值要大得多，这是通用型断路器不可能替代的。