中小型水電站發電機用斷路器設計選型的原則

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如火如荼，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電機斷路器標準”規定，對發電型斷路器型式試驗考核內容主要是：系統源短路的開斷與關合、發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.發電機源短路的開斷試驗。發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。

2.失步開斷與關合試驗。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。

二、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，故而應予以重視。

2.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、運行極不可靠等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。

4.精心設計，合理配置、確保發電機保護斷路器可靠運行。發電機是水力發電站的主機，而作為保護主機的斷路器則是保證發電機安全可靠運行的基礎，為重中之中。

熟悉掌握發電機保護斷路器各種技術參數和功能，對于能夠量化的技術參數，如額定工作電流、短路開斷電流、直流分量（DC%）、最大關合電流等，設計中必須進行認真準確地計算；對于隨機性的一些技術參數，如瞬態恢復電壓峰值、上升率、時間常數、截流值等，盡可能地進行各種條件下的計算分析比較。根據已具備的設計數據，合理選擇斷路器的技術參數配置，確保發電機保護斷路器長周期的可靠、安全、經濟運行水平。

影響斷路器開斷能力的因素，除了電流大小和直流分量之外，恢復電壓峰值和上升率也是相當重要的。而對于發電機或者變壓器在保護斷路器開斷過程中恢復電壓峰值和上升率隨其容量的變化，至今仍難作出定量的規定。在中小型水力發電站設計中，當前仍應根據已經執行國家標準規定的相關技術參數，合理配置發電機保護斷路器，應該是科學的、規范的、有益的最佳選擇。

（作者單位：陜西省地方電力（集團）公司）