保護斷路器設計選型在中小型水電站發電機中的思考

保護斷路器設計選型在中小型水電站發電機中的思考
通常，人們習慣地對單機容量100MVA及以下的發電機組稱為中小型發電機。鑒于我國能源綜合利用開發的基本國策，自西部大開發以來，特別在西南地區，中小型水力發電機組建設拔地而起，產業結構也已具備了一定的規模，隨著市場經濟的發展，對于中小型水力發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電機型斷路器的傳統，已是大勢所趨。 一、發電機型斷路器與通用型斷路器的技術性能比較
發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。因為發電機的電感值較系統相對要大，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。
我國國家標準GB1984規定：失步開斷僅適用于聯絡斷路器，對于通用型斷路器在10kV系統應用時，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恢復電壓值要大得多，這是通用型斷路器不可能替代的。 三、發電機型斷路器開發研究過程
在發電機型斷路器未進行開發研究之前，由于沒有專門的發電機保護斷路器，設計選型只能是選擇額定電流大、短路開斷電流大和直流分量大的斷路器用于發電機回路作為保護設備。 四、中小型水力發電機保護斷路器設計的思考
（1）重視中小容量水力發電機保護斷路器的設計應用。發電機保護斷路器根據電站接入系統方式、在電力系統中的作用、可靠性數值計算等，選型作為發電機保護回路主要保護電氣設備，所以，正確設計選擇發電機保護斷路器直接關系著水電站后期的電氣設備合理投資、運行維護簡單方便、保證水電站長周期安全經濟運行，事關重大，故而應予以認真對待。
（2）避免發電機保護斷路器設計選型的誤區。早期在發電機型斷路器標準未實施之前，因為沒有專門的發電機保護斷路器產品，人們對于發電機斷路器設計選型，只是考慮額定電流、短路開斷電流和直流分量較大，就可以應用于發電機回路。我國過去常用于中小容量水電站的發電機保護斷路器主要是少油SN3-10型和SN4-10型，這些產品的結構比較簡單、技術落后、額定參數低、運行極不可靠、滿足不了當前發展中的中小型水力發電站的技術要求，逐步將被新型真空斷路器所取代。設計選型發電機保護斷路器時，除應滿足額定電流、短路開斷電流和直流分量的同時，必須充分考慮回路的時間常數，瞬態恢復電壓、失步開斷電流和關合電流等其它參數，避免忽視這一因素的誤區，擇優選擇符合發電機斷路器標準的產品。
（3）關于真空斷路器的截流過電壓保護。真空斷路器以良好的開斷性能應用于發電機保護斷路器極為普遍。由于真空優越的滅弧特性，往往在開斷過程中發生截流現象，因為截流引起的操作過電壓，則與斷路器的結構和系統配置有關，而且具有一定的隨機性。國內外許多真空滅弧室制造商，對于真空滅弧室限制截流值的技術措施進行了一系列研究，并且取得了一定的效果，西屋公司和西門子公司已確認該公司的真空斷路器截流值已降低至3A～5A。盡管如此，局限于產品制造的工藝水平和質量保障體系的隨機性，相對于價格昂貴的水輪發電機而言，在發電機保護斷路器回路，仍應加裝過電壓保護裝置。