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真空断 路器在中小型水电站的应用发布时间:2016-06-20 10:27:22 | 来源:浙江诚 高高压电气有限公司

[真空断 路器在中小型水电站的应用]:1引言 扩大单 元接线是中小型水电站较常采用的主接线形式,要求在 发电机出口必须装设断路器(GCB)。因此在 许多中小型水电站设计中都涉及到在发电机出口装设断路器的问题,部分老 电站改造中也涉及增设GCB或对...

  1引言

  扩大单 元接线是中小型水电站较常采用的主接线形式,要求在 发电机出口必须装设断路器(GCB)。因此在 许多中小型水电站设计中都涉及到在发电机出口装设断路器的问题,部分老 电站改造中也涉及增设GCB或对原有少油GCB进行设备更新。那么,如何在 设计中合理选用GCB就成为 设计人员经常遇见的问题。本文通过对真空断路器用做GCB时出现 的现象进行分析,提出了 相应的解决办法。

  2真空断 路器用在中小型水电站中的可行性

  自20世纪70年代起,真空断 路器的应用越来越广泛,结合中 小型水电站的具体特点,真空断 路器的优点如下:

  (1)水电站 大多在系统中担任调峰、调频或 事故容量备用的任务,机组开停机频繁。真空断 路器机械寿命长,能满足实际需要。

  (2)真空断 路器体积孝结构简单且具有良好的密封性、无污染、易维护,因此可 节省大量运行维护费用。

  3真空断路器用做GCB出现的主要问题

  由于GCB的开断 条件比普通配电型断路器的开断条件要苛刻的多,IEC、IEEE及我国部标都为GCB制订了 相应的标准和技术条件。从技术性能上分析,真空断路器用做GCB主要存 在两个方面的问题。

  (1)操作过电压:其主要 形式是重燃过电压。由于开 关多次开合操作,存在能 量重新分配而导致的可能在某些设备上出现过电压。过电压 的高低与电弧重燃和熄灭的时刻有着密切的关系。真空开 关触头刚分开的瞬间,若电弧 电流恰好在过零点,则电弧熄灭,但此时触头开距小,故上升 较快的恢复电压将使间隙击穿而重燃,产生高频电流,如果高 频电流幅值大于工频电流瞬时值,又会出 现出现高频电流过零点,而真空 断路器具有切断高频电流的能力,于是真 空开关再次灭唬如此反复,在多次 电弧重燃过程中断路器触头间 的恢复强度在增长,同时,重燃过 电压的幅值也在增长,形成“电压升级”,产生4倍以上的过电压,最终对 电机主绝缘和匝间绝缘产生较严重的危害。

  (2)支流分 量开断能力问题:如文献[1]所述,发电机 提供的短路电流具有较高的直流分量,可能产 生较长的延时电流零点,这就要求GCB具有强 迫短路电流尽快过零的技术性能。直流分 量的衰减取决于非周期分量时间常数Ta。通常情况下,发电机 短路电流的直流分量比交流分量衰减的慢,因此可 能出现延时电流零点。

  4防止过电压的措施

(1)采用低 截流值触头材料的低电涌真空断路器,可以有 效降低重燃过电压幅值和概率。
(2)在断路 器侧加装氧化锌避雷器(MOA)。
(3)在断路器侧加装阻—容吸收器(R-C吸收器)。
(4)采用MOA和R-C并联使用的方法。

  对于加装MOA来限制 过电压的原理及效果大家是比较了解的,那么R-C吸收装 置对于抑制过电压的幅度及瞬态恢复电压的上升陡度的效果如何呢?文献[2]中有关 发电机出口真空断路器抑制瞬态恢复电压EMTP仿真计算结果如下:

[$page]  不加R-C吸收装置,瞬态恢复电压幅值49.3kV,断口瞬 态恢复电压陡度4.042kV/μs;
  加R-C吸收装置,瞬态恢复电压幅值18.9kV,断口瞬 态恢复电压陡度0.472kV/μs。
  从试验结果可以看出,如果不采用R-C吸收装置,则断口瞬 态恢复电压陡度值为4.042kV/μs,不满足GCB开断端 部短路时的系统源预期瞬态恢复电压上升率为3.5kV/μs(对于发 电机变压器额定容量≤100MVA)的技术要求。而采用R-C吸收装置,则瞬态 恢复电压上升率降低至0.472kV/μs。可见采用R-C吸收装 置抑制过电压上升陡度是行之有效的。

  R-C吸收装置和MOA都是为了限制过电压。避雷器 仅起限制过电压幅度的作用,并不能 缓解过电压上升陡度,不能在 发生重燃造成过电压时保护设备,而R-C吸收装 置可以有效抑制过电压上升陡度、降低重燃概率。故合理的方法是:采MOA和R-C吸收装置结合使用。

  5解决短 路电流直流分量开断能力的主要方法

  (1)合理选 择发电机短路电流直流分量衰减时间常数Ta。

  真空断 路器开断容量大,但发电 机出口短路电流中可能包含较高比例的直流分量(往往大 于周期分量幅值20%),并可能产生较长(100ms甚至更长)的延时电流零点,如果断 路器不具备强迫短路电流尽快过零的技术性能,则在断 路器的固有分闸时间内,短路电流仍未过零,也就是说,在触头 完全分离的一个周波内电弧电流仍然未过零,电弧不熄灭。从而由 于燃弧时间过长导致电气设备受损。
支路短 路电流直流分量计算公式如下:
  


显然Ta值愈小,则短路电流直流分量Ifz(t)值愈小,愈有利 于断路器的开断操作。
式(1)中:  


  
  其中XΣ只与发 电机本身结构参数决定,与短路 的外界条件无关,而RΣ是指整 个短路回路的电阻之和。
从以上分析可见:选用适当Ta值对降 低直流分量数值和抑制延时电流零点很有用。
(2)设计有 利于减小短路容量的主接线方案。
(3)选用开断电流提高1~2两个等级的断路器。
  可在按 对称短路电流计算选择断路器开断电流的基础上,将开断电流值提高1~2个等级,从而满 足真空断路器用做GCB的非对称开断要求。

  6结束语

  随着真空断路器触头材 料及制造工艺等的改进,真空断 路器的性能较应用初期已有巨大进步,中小型 水电站采用真空断路器作为发电机断路器的性能优势是显而易见的。

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