保護斷路器設計選型的水電站發(fā)電機

　　通常，人們習慣地對單機容量100MVA及以下的發(fā)電機組稱為中小型發(fā)電機。鑒于我國能源綜合利用開發(fā)的基本國策，自西部大開發(fā)以來，特別在西南地區(qū)，中小型水力發(fā)電機組建設拔地而起，產業(yè)結構也已具備了一定的規(guī)模，隨著市場經濟的發(fā)展，對于中小型水力發(fā)電機保護斷路器的設計選型，改變以往使用通用型斷路器為發(fā)電機型斷路器的傳統(tǒng)，已是大勢所趨。

　　1>發(fā)電機型斷路器與通用型斷路器的技術性能比較

　　發(fā)電機型斷路器與通用型斷路器在機械特性、絕緣特性和電氣特性的表述方式上基本相同。

　　如對短路開斷電流均以交流分量有效值和直流分量百分數（DC%）表示；絕緣性能均以工頻和雷電沖擊耐壓水平考核；機械特性考核項目等也基本相同。

　　發(fā)電機型斷路器與通用型斷路器的不同之處，是前者對某些技術性能的技術參數要求要苛刻得多。因為發(fā)電機的電感值較系統(tǒng)相對要大，作為保護斷路器在瞬間所承受的直流分量和衰減時間常數均大得多。GB／T14824-1993中規(guī)定：在斷路器分閘時間加0.01s時，直流分量（DC%）約為68%，衰減時間常數為60ms，顯然較通用型斷路器的直流分量DC%≤20%和衰減時間常數45ms要大；同時，額定短路關合電流也不相同，發(fā)電機型斷路器因為直流分量較大，額定短路關合電流（峰值）為額定短路電流的2.74倍，而通用型斷路器此值僅為2.5倍；在表述方式上，發(fā)電機型斷路器的銘牌除標有額定短路電流值外，同時還注明有直流分量（DC%）值，而通用型斷路器則僅標有額定短路電流值。

　　通過比較可以看出，發(fā)電機型斷路器較通用型斷路器開斷、關合條件均要苛刻，型式試驗的考核也相對嚴格得多。

　　2>發(fā)電機型斷路器的主要型式試驗考核內容

　　依據當前國際通用的ANSI／IEEEC37-013"以對稱電流為基礎的交流高壓發(fā)電機斷路器標準"規(guī)定，對發(fā)電型斷路器型式試驗考核內容主要是：系統(tǒng)源短路的開斷與關合、發(fā)電機源短路開斷和失步開斷與關合。其它的型式試驗考核與通用型斷路器內容基本相同。

　　（1）系統(tǒng)源短路的開斷與關合試驗。發(fā)電機型斷路器是在非自動重合閘操作順序下進行。直流分量分DC%＜20%及DC%＞20%兩種條件；瞬態(tài)恢復電壓（峰值）為1.7倍發(fā)電機最高工作電壓；瞬態(tài)恢復電壓的上升率為3.5kV／μs；關合試驗按2.74倍額定短路電流（峰值）合并進行的。國外西屋和西門子公司在進行此項試驗時，直流分量（DC%）均按75%額定短路電流考核。

　　通用型斷路器一般都是在自動重合閘操作順序下進行的。直流分量（DC%）＜20%；瞬態(tài)恢復電壓（峰值）為1.71倍額定工作電壓；瞬態(tài)恢復電壓上升率為0.34kV／μs；關合試驗是按2.5倍額定短路電流（峰值）與對稱開斷試驗合并進行。當斷路器的分閘時間≥60ms時，則不必進行非對稱開斷試驗。

　　上述兩種類型斷路器的試驗考核，均相當于三相試驗時首開相或者單相試驗時的條件。相比之下，即便是開斷電流的數值相同，而發(fā)電機型斷路器則是在高直流分量和瞬態(tài)恢復電壓下進行開斷，開斷條件較通用型斷路器苛刻得多。

　�。�2）發(fā)電機源短路的開斷試驗。
　　發(fā)電機源短路的開斷試驗條件則更為苛刻，該試驗具有更高的直流分量。按照ANSI／IEEEC37-013標準規(guī)定：此值為DC%=130%。對于這一試驗考核，通用型斷路器則是無法勝任的。

　�。�3）失步開斷與關合試驗。
　　發(fā)電機型斷路器失步開斷與關合試驗是在合、分條件下進行的。外施電壓和首相開斷工頻恢復電壓為1.22倍發(fā)電機最高電壓；開斷電流為50%的交流分量有效值；直流分量（DC%）分＜20%和≥50%兩種條件；瞬態(tài)恢復電壓峰值為2.5倍發(fā)電機最高電壓；瞬態(tài)恢復電壓上升率為3.3kV／μs；關合試驗按2.5倍對稱開斷電流交流分量值（峰值）與開斷試驗合并進行；國外西屋公司在進行此項試驗時的直流分量（DC%）為80%；西門子公司為120%。

　　通用型斷路器的合、分失步開斷與關合試驗，外施電壓和首相開斷工頻恢復電壓為1.44倍系統(tǒng)最高電壓；開斷電流為25%的交流分量有效值；直流分量（DC%）＜20%；瞬態(tài)恢復電壓峰值為2.55倍額定工作電壓；瞬態(tài)恢復電壓上升率為0.26kV／μs；而對關合電流不作規(guī)定。

[$page]　　我國國家標準GB1984規(guī)定：失步開斷僅適用于聯(lián)絡斷路器，對于通用型斷路器在10kV系統(tǒng)應用時，則不必進行失步開斷與關合此項試驗。該標準已被修訂，目前正在待批。相對比較，發(fā)電機型斷路器對失步開斷與關合試驗不僅要做，而且直流分量和瞬態(tài)恢復電壓值要大得多，這是通用型斷路器不可能替代的。

　　3>發(fā)電機型斷路器開發(fā)研究過程

　　在發(fā)電機型斷路器未進行開發(fā)研究之前，由于沒有專門的發(fā)電機保護斷路器，設計選型只能是選擇額