叙说了发电机断路器的开展状况及在发电厂的运用，论说了发电机断路器在大机组发电厂中的效果及运用远景。

　　发电机大机组中发电机断路器运用的讨论

　　【摘要】叙说了发电机断路器的开展状况及在发电厂的运用，论说了发电机断路器在大机组发电厂中的效果及运用远景。

　　1发电机断路器的开展概略

　　自本世纪40年代初起，跟着工业、制作水平的进步以及电力需求的不断添加，大容量发电机组的出产制作不只成为能够，而且成为满意电力市场需求的恳求。跟着发电机单机容量的不断增大致使短路电流敏捷进步，使一般的中压开关已无法满意开断才能的恳求，还为了进步安全牢靠性，招致了离相关闭母线的敏捷开展以及发电机、变压器单元接线的广泛选用。至60年代中期，为了简化电厂的运转操作，进步机组的可用率以及核电技能的需求，越来越多的学者以为选用发电机断路器是十分必要的。正是这种需求招致了BBC公司在1969年开宣布第一台可在大型发电机机端直接操作的DR型空气断路器。该断路器为离相式全关闭布局，以紧缩空气为灭弧介质，操动组织也选用紧缩空气，额外电流达50000A，开断才能为250kA，其间额外电流为11000A以下的断路器选用天然风冷，11000～20000A选用逼迫水循环风冷，20000～50000A则为水冷。从第一台DR型断路器投运至今，BBC/ABB共出产了大约600台投放市场，其毛病率逐步缩小到0.5％左右，且渐趋安稳。操作毛病率为20×10－6，相当于50000次操作呈现一次毛病，这一目标较高压断路器低20倍左右。1984年ABB推出了第一台HE型SF6发电机断路器，选用SF6气体作为灭弧介质，操动组织仍为气动。它运用SF6气体自灭弧(Selt－extinguishing)原理，由触头分隔时发作的电弧来加热SF6气体，使其胀大，构成熄弧所需的气体，还电流流过固定触头内的线圈发作磁场，招致电弧旋转，以使对触头的烧伤减小至最低极限，而且相对独立的荷载触头与灭弧触头，包管了接连载流才能。1996年3月，ABB研发的HEC—8型发电机断路器颠末了荷兰KEMA实验，该断路器额外电流可达24000A，开断才能达160kA，使得SF6断路器用于600MW发电机出口成为能够。由于SF6的选用使得整个断路器的布局更趋紧凑，毛病率也更低，ABB公司1200台HE型(HEC和HEK)发电机断路器的毛病率小于0.3％。如今发电机断路器已不只仅是一台断路器，而是集成了电压互感器、电流互感器、阻隔开关、接地开关等发电机与主变压器之间的设备，成为具有多种功用的组合电器。

　　除了ABB公司之外，法国GEC—ALSTOM公司、日本三菱等公司也先后开宣布了SF6发电机断路器。GEC—ALSTOM公司出产制作发电机的前史较长，固然它也出产SF6发电机断路器，但它是以出产空气式发电机断路器见长。它出产的SF6发电机断路器开展较缓慢，而且容量也小。空气式发电机断路器的最大参数是：额外电压36kV，额外电流37500A，开断电流275kA。空气式发电机断路器是运用紧缩空气作为绝缘介质和灭弧介质以及断路器的操作与冷却用气。固然空气式发电机断路器是一种系列性强、通用性高的产物，但其外形尺寸大，占地多，价钱贵重，且还需别的设置紧缩空气体系。日本三菱公司于1977年开端出产发电机断路器选用的绝缘介质是SF6气体，其最大开断电流为110kA，开断次数10次；开断额外电流42000A时的开断次数为50次。当前开断电流为125kA的发电机断路器正在制作中。

　　除了以SF6气体和空气作为绝缘介质的SF6发电机断路器和空气式发电机断路器外，80年代末90年代初又运用真空技能开发了真空型发电机断路器，这种发电机断路器是由德国西门子公司开发和出产。8BK40、8BK41系列便是西门子公司出产的真空型发电机断路器，其额外电压7.2～17.5kV，其间8BK40的额外电流5000A，最大开断电流为63kA；8BK41的额外电流4000～12000A，最大开断电流为80kA。真空型发电机断路器由于在开断水平上遭到约束，开断电流大于63kA的真空断路器制作已十分艰难，而且价钱也较贵重，所以当前真空型发电机断路器在小容量机组中运用较多，在大机组中的运用遭到约束。

　　国内发电机断路器的开展水平相对来讲还比拟低，当前只要沈阳高压开关厂一家出产发电机断路器，80年代，引入法国GEC—ALSTOM制作技能，开端研发PKG2型发电机断路器，该型断路器自1986年开端至1988年已在葛州坝水电厂投运了14台，总的运转状况尚好，可是该产物体积大、噪声大，维护任务量较大。具打听，葛州坝水电厂已将这14台断路器悉数更换为ABB公司的SF6断路器。当前沈阳高压开关厂正在活跃开发研发SF6发电机断路器。

　　由于发电机断路器的独特性，发电机断路器除需满意现有的开关制作规范如IEC56—1987(High－voltagealtemating－currentcircuit－breakers)、IEEE/ANSI－C37.08—1987、IEC694—1980(Commonclausesforhigh－voltageswitch－gearandcontrol－gearstandards)、IEC298—1990(A.C.metal－enclosedswitch－gearandcontrolgearforratedvoltagesabove1kVanduptoandincluding52kV)以外，1993年IEEE还专门公布了用于发电机断路器的制作规范：IEEEC37.013—1993(ANSI/IEEEStandardforAChigh－voltagegeneratorcircuitbreakersratedonasymmetricalcurrentbasis),然后规范了现代发电机断路器的制作、实验及设备规范。我国相继也公布相应的行业规范和国家规范：DL427－92《户内型沟通发电机断路器订购技能条件》、GB/T14824《发电机断路器通用技能规范》。

　　2发电机断路器在发电厂中的运用

　　从1969年第一台发电机断路器诞生以来，发电机断路器在世界各国得到了广泛运用。依据CIGRE所做的查询材料标明，当前全世界有超越50％的核电厂与超越10％的火电厂选用了发电机断路器，特别是对厂用电体系牢靠性恳求较高的核电厂与大容量火力发电厂选用发电机断路器已成为一种趋势。在美国、英国、法国等发达国家中，其电力以核能、抽水蓄能电站为主，且机组容量较大，发电机出口均装设了断路器。在德国，新树立的容量大于259MVA的核电与容量大于588MVA的火力发电厂发电机也装设了发电机断路器。俄罗斯、芬兰等国的描绘规范中明确规则火力发电厂中装设出口断路器。俄罗斯在其《火电描绘技能规程》8.9条中规则：“单机容量为300MW及以上的每台发电机……在单元接线的一切状况下，在发电机与变压器之间均应装设断路器……”，因而在俄罗斯国内300MW及以上机组均装设了断路器或负荷开关。也正是由于这个缘由，国内从俄罗斯引入的工程中，如：天津盘山电厂(2×500MW)、伊敏电厂(2×500MW)、辽宁绥中电厂(2×800MW)、辽宁营口电厂等均装设负荷开关。之所以选用负荷开关而不装设出口断路器，是由于俄罗斯仅出产敞开式空气断路器，无法使主回路关闭，下降了机组运转的牢靠性。而负荷开关是关闭式的，可以颠末外壳两头和关闭母线衔接，使发电机主回路悉数关闭，可避免发电机出口三相短路，进步机组的牢靠性。我国的相关描绘规程中也对选用发电机断路器的准则作了规则。《小型火力发电厂描绘规范》GB50049－94中第12.1.6条规则，“发电机与双绕组变压器为单元衔接时，对供热式机组，可在发电机与变压器之间装设断路器；对凝汽式机组，不宜装设断路器，发电机与三绕组变压器为单元衔接时，在发电机与变压器之间，宜装设断路器和阻隔开关。厂用分支线应接在变压器与断路器之间。”；《火力发电厂描绘技能规程》DL500—94中第11.2.6条规则，“容量为125MW及以下的发电机与双绕组变压器为单元衔接时，在发电机与变压器之间不宜装设断路器；发电机与三绕组变压器或自耦变压器为单元衔接时，在发电机与变压器之间宜装设断路器和阻隔开关，厂用分支线应接在变压器与断路器之间。容量为200～300MW的发电机与双绕组变压器为单元衔接时，在发电机与变压器之间不该装设断路器、负荷开关或阻隔开关。容量为600MW发电机，当升高电压仅有330kV及以上一级电压，且技能经济合理时，可装设发电机出口断路器或负荷开关。当2台发电机与1台变压器或2组发电机双绕组变压器组作扩展单元衔接时，在发电机与变压器之间应装设断路器和阻隔开关。”近年来，国内核电站、水电站以及新近树立的火力发电厂也广泛装设了发电机断路器。核电机组因其重要性，均在发电机出口装设断路器，如秦山、大亚湾核电站等。水电机组由于要调峰，起动频频，因而也都装设发电机断路器，如比来树立的四川二滩、广西岩滩、青海李家峡、黄河小浪底、广东从化水电厂等。火电厂中，截止1998年3月底投产的14台600MW机组中，只要广东沙角C电厂的3台机拼装设了发电机断路器，其它机组均未装设。可是，从当前正处于前期描绘中的火力发电厂中，大局部机组都有发电机断路器的计划，如河南沁北电厂、湖北黄冈电厂等。由此看来，国内涵发电厂中选用发电机断路器，特别是大容量以及安全性恳求较高的机组中装设发电机断路器也渐成趋势。

　　3发电机断路器的首要效果

　　发电厂装设发电机断路器的首要效果是在于简化运转操作程序，减小发电机和变压器的事端规模，简化同期操作、进步其牢靠性，便当调试和维护。

　　3.1简化厂用电切换/操作程序

　　当前，我国的300MW及以下机组和局部600MW机组火力发电厂中，均设有专用的发动/备用变压器，无论是机组的正常发动、停机，仍是因厂用任务变压器毛病、检修，都需求进行厂用电源切换。

　　在发电机正常起动时，首要颠末发动/备用变压器取得发动电源，当发电机树立正常电压并带必定负荷后，在颠末厂用电切换设备切换到厂用任务变压器供电；发电机的停机进程与之相反。因而，在不设发电机断路器的发电厂，其正常启、停机组不可避免的要进行厂用任务变压器与发动/备用变压器之间的相关切换。由于厂用任务变压器与发动/备用变压器的电源取自异样的体系，两台变压器的阻抗值也不相同，这就形成了两台变压器低压侧母线之间存在初始相位差。由于初始相位差的存在，使得在正常并联切换时，两台变压器之间将发作较大的环流。严峻状况下环流可达数千安培，如此之大的环流，即便在并联切换工夫内对变压器不形成危害，也会对变压器的寿数发作累积影响。这对变压器的安全运转构成了很大的要挟。

　　发电厂厂用电的事端切换进程中，也存在着与正常厂用电切换进程中厂用任务母线电压与发动/备用母线电压之间的相位差。相位差过大，则难以包管事端切换的成功，而且会对设备形成直接危害。例如，在事端快切进程中，若是答应相位差整定过大(超越40°)，则对高压电动机的暂态冲击电流可达额外值的18倍，极有能够惹起高压电动机的损坏，这是安全运转所不答应的，即便将相位差整定到答应的规模内，由于频频的厂用电源切换所形成的过电压、过电流、过负荷仍会对设备的运用寿数和安全运转带来晦气的影响。因而，削减避免厂用电源切换将进步发电厂运转的安全牢靠性。

　　选用发电机断路器后，发电机组的启停电源是颠末主变压器倒送电至厂用任务变压器取得，从机组发动一直到发电机并网发电，整个进程都无须厂用电源切换。只要当厂用任务变压器发作毛病或主变压器毛病时，才需求厂用电源切换。有关剖析结果标明：选用发电机断路器后，使厂用电源切换削减到约1/348，效果明显，然后有用地进步了发电厂安全牢靠性。还，这也使得厂用电的操作、运转难度大大下降。

　　3.2进步发电机、变压器的维护水平

　　选用发电机断路器后，不论是在发作操作毛病或在体系振动时，仍是在发电机或变压器发作短路毛病时，都将进步维护的挑选性，然后进步机组运转的安全、牢靠性。

　　在发作操作毛病或在体系呈现振动时，将惹起发电机和电网之间的功率动摇，不平衡电流惹起发电机转子绕组过热。毛病发作后，断开发电机断路器即可，而厂用电无须切换。待毛病不见后，发电机与电网之间又可以颠末发电机断路器疾速康复衔接，避免了由于厂用电源切换毛病形成的全厂停电事端。相同，当发电机发作内部毛病时，发电机断路器可以在不切换厂用电源的条件下切除发电机内部毛病，包管了安全停机。

　　由于选用了发电机断路器，不只完结了发电机、变压器别离地、有挑选地进行维护跳闸，简化了维护接线，而且机组内部毛病无须举措于高压断路器然后避免了厂用电源的切换，这关于消除一些瞬时性毛病特别是来自于锅炉、汽轮机的热工误发信号，赶快康复机组的运转及避免因误操作而招致的丢失十分有利。据沙角C电厂的经历，3台机组调试工夫共举措800余次，大都状况下可在数十分钟内康复机组的运转。

　　当发作毛病后，维护有挑选地举措于发电机断路器而减小举措于高压断路器的几率所带来的另一个更有利的效果是，避免或削减了由于高压断路器的非全相操作而形成的对发电机的危害。实际上，关于发电机变压器组接线，其高压断路器由于额外电压较高(220～500kV)，敞开式断路器相间间隔较大，不能做成三相机械连动，更何况每相断路器还会是多断口的，高压断路器的非全相操作即便正常操作时也时有发作，毫无疑问，高压断路器的非全相操作(运转)会在发电机定子上发作负序电流，而发电机转子接受负序磁场的才能是十分有限的(发电机毛病状态下的负序运转约束(I2/TN)2t约为8s)，严峻时会招致转子损坏。这种事端在国内外屡次发作，我国自1980年至1992年末就发作了50起，仅1991年就发作了12起。每次此类事端城市形成转子严峻受损。例如：1990年6月12日，首阳山电厂1号发电机变压器组高压侧断路器B相拒分，形成发电机转子过热，转子护环呈现9.1mm宽的裂纹。形成这种严峻后果的直接缘由是高压断路器不是三相机械连动的，容易发作非全相操作。当前，发电机断路器在描绘和制作中都思索了三相机械连动，避免了非全相操作的发作。别的，发电机断路器的疾速举措特性，也是包管发电机组安全的重要缘由。发电机断路器的固有举措工夫连同维护举措工夫约为75ms，当发作毛病(如单相或两相毛病)时，发电机断路器会很快举措并切除毛病，有用地避免了对发电机组的危害。相反，若没有发电机断路器，发电机更会继续供给不平衡电流，直到灭磁进程完结。而灭磁进程能够会继续数秒钟(5～20s)，此间发电时机遭到严峻损坏。由于，研讨标明，依据国标描绘的机组，对单相操作的临界时限别离为：空载运转大约70s；满负荷时大约6s；主变压器及共高压侧短路时(两相/三相)时大约4.5s。由此可见，没有发电机断路器时，灭磁进程(特别是无刷励磁体系)继续工夫(5～20s)已大大超越了发电机组的耐受时限。

　　相同的道理，由于发电机断路器的疾速举措特性，使得发电机供给的短路电流遭到约束，因而关于事端发作几率较高的变压器高压侧套管接地毛病(几率为30％)或变压器内部毛病发电机断路器将会使其危害性减小，有用进步安全牢靠性。

　　3.3简化同期操作，便于检修、调试

　　选用高压断路器进行同期操作时，断路器将会接受电压应力，在遭到污染的状况下，这些电压应力可以形成断路器外部绝缘介质的闪络，当同期操作在发电机电压等级进行时，对高压断路器的电压应力便会不见。运用发电机断路器进行同期操作，比拟的是发电机断路器两边的同级电压，因而使得同期操作体系愈加简略、牢靠。别的，由于发电机断路器设备于室内的关闭金属壳内，环境条件好，其充沛的绝缘安全裕度包管同期操作愈加牢靠。

　　发电机断路器将发电机变压器组分隔为两个局部，即发电机局部和变压器局部，这种电气分隔是由发电机断路器/阻隔开关组合后完结的，因而异样的断电器可以分组逐级测验，此外，当厂用电由主变压器供给时发电机可以在欠励磁条件下进行测验。由发电机断路器完结的这种实体分隔为发电机和变压器的调试与维护供给更大的便当。发电机断路器也为发电机短路实验供给了便当。

　　3.4习惯厂网分隔的需求

　　电力工业办理的变革，倡议厂网分隔，竞价上彀，恳求发电厂发动/备用变压器除上交用电量费用外，还要上交根本电费。而这项根本电费与发动/备用变压器容量有关，其额度为每月每kVA容量8～12元。例如，一台40MVA的变压器，每年就要上交根本电费384～576万元。在出资方日益注重出资效益的今日，上述问题不能不惹起出资方的注重。解决问题的首选计划便是减小发动/备用变压器容量。减小发动/备用变压器容量的办法就是颠末装设发电机断路器，以主变压器倒送电至高压厂用变压器供给启/停机电源，只设事端停机时的备用变压器或许不设任何备用变压器，减小变压器的数量和容量，下降运转费用，进步经济效益。

　　4发电机断路器的运用远景

　　综上所述，当前国内外发电机断路器的开展和运用十分敏捷，已从本来的紧缩空气型向SF6型开展，在火电厂、水电厂、核电站、抽水蓄能等电厂中得到了愈加广泛的运用。发电机断路器的技能水平不断进步，体积越来越小，噪声减低，而额外电流和开断电流却越来越大，而且发电机断路器的机械寿数也在增大，高压10000次以上，远高于一般高压断路器3000～5000次的机械寿数。由于各公司的竞相开发，使得发电机断路器的布局型式发作了宏大改造，从紧缩空气型开展到SF6气体型和真空型，SF6气体型又由双压式开展单压式、自能灭弧式和压气加自能灭弧的发电机断路器。跟着开发和制作才能的不断进步，发电机断路器的装备和维护功能更趋完善，牢靠性也大大进步。开发和制作才能的不断进步促进发电机断路器愈加广泛的运用，宽广的市场远景又促进发电机断路器技能水平的不断进步，发电机断路器的广泛运用已逐步成为趋势。