淺析發電機大電流出口斷路器的選型

摘 要 發電機出口斷路器為水電站重要設備，該設備可靠性直接影響機組發電，一旦出現較大故障，便導致發電機保護動作失效，輕則燒壞滅磁裝置，重則燒損轉子阻尼環甚至轉子線圈。發電機的電感值較系統相對要大，作為保護發電機的斷路器在切斷回路故障電流的瞬間所承受的直流分量和衰減時間常數均要大得多。躍洲、峽山兩站發電機出口斷路器要求短路開斷電流為63kA，額定電壓12kV，額定電流4000A，在同類型斷路器中為大電流斷路器，因此，該斷路器的選型就顯得尤為重要。

關鍵詞 發電機;斷路器;選型

概況

躍洲、峽山水電站位于江西省贛州市于都縣境內貢水干流上，屬貢水于都河段水電開發的二、三級，躍洲電站裝設3×12MW燈泡貫流機組，2012年12月機組投產發電，峽山水電站裝設3×11.7MW燈泡貫流機組，2013年4月機組投產發電，發電機機端電壓均為6.3kV。兩站電氣主接線為單機單變和擴大單元（一臺主變掛兩臺機組），發電機出口斷路器為天水長城開關廠有限公司生產，斷路器額定電壓12kV、額定電流4000A、短路開斷電流63kA，型號ZN65A-12，柜體為KYN18柜，但自機組2012年投產發電以來，均不同程度出現多起故障，存在的問題主要為：渦輪機構無法操作;分閘線圈燒毀;輔助開關指示異常;輔助開關連桿變形;儲能機構異常;操作鑰匙無法拔出，期間發生過因發電機出口斷路器輔助開關連桿變形導致輔助開關轉換不到位，引起發電機勵磁系統滅磁柜著火，嚴重影響機組正常運行。以至于后續機組開停機采用分步操作，并派專人在發電機出口斷路器本體監視動作情況，大大降低了設備可靠性。

為徹底處理發電機出口斷路器存在的缺陷，兩站6.3kV高壓開關柜改造迫在眉睫。

1改造可行性研究及方案確定

目前國內針對12kV電壓等級，短路開斷電流為63kA的技術參數配置的真空斷路器多為西門子、ABB品牌，兩種型號斷路器均為空氣絕緣固定式斷路器。此類型斷路器有兩種安裝方式，一種是固定安裝在開關柜內，開關柜型號為XGN2-12，也可自配手車安裝在開關柜內，開關柜型號為KYN67-12。兩種型號產品各有它自身運行的優缺點，固定式XGN2采用固定安裝，斷路器進出接線端與矩形母排直接采用螺栓固定連接，接觸牢固，不易發熱，穩定性高，采用上下電動隔離操作方便;但缺點在于斷路器固定在柜體上，如要進行檢修相對困難。手車式KYN67采用落地手車安裝，斷路器安裝在一個可移動的機構上進行搖進搖出，檢修方便;而缺點是斷路器較重搖進搖出費勁，長期操作斷路器軌道容易變形，進出線端與母排連接采用動靜觸頭插入方式，此接觸方式如處理不當，會出現接觸不實，回路電阻增大，持續發熱，甚至燒毀;并且手車機構均為機械構件，長時間操作會出現結構不靈活，甚至卡死的情況。其實目前生產的斷路器在檢修方面非常簡單，基本做到免維護狀態，只需定期進行簡單保養即可，在處理大電流大開斷的工程方案時，大部分考慮固定式安裝方式。為徹底改變發電機出口斷路器工作不穩定局面，采用固定式安裝方式，雖在維護上有些不便，但在運行可靠性上有保證。

同時為保證主變低壓側斷路器和廠用變高壓側斷路器工作可靠性，本次改造采用KYN28柜，因與原柜型（KYN18）尺寸寬度、深度、主母線位置都不同無法直接并柜。如增加轉接柜，現場無法提供足夠空間，所以對現有6.3kV高壓開關柜進行整體拆除，按設計圖紙采購KYN28系列開關對其更換（發電機出口斷路器則選用固定式開關），并備用一臺機組出口斷路器[1]。

2斷路器選型

根據現場布置情況，躍洲電站需更換19面開關柜，峽山電站需更換23面開關柜，若采用可研階段推薦的西門子、ABB品牌，投資大。經請示上級公司并取得同意，進行技術經濟比較后，通過談判方式繼續采用原生產廠家（天水長城開關廠有限公司）產品。

通過篩選天水長城開關廠有限公司近三年提供的同類型斷路器，結合現場實際，4000-63kA發電機出口開關柜選用KGN7-12/4000-63型開關柜配EVH4-12/T4000-63F型發電機出口真空斷路器固定安裝于柜內，斷路器靠6.3kV母線側裝設隔離開關，躍洲電站2號主變低壓側斷路器固定安裝于柜內，斷路器兩側裝設隔離開關;其余高壓開關柜選用KYN28A-12型開關柜配EVH1-12固封極柱式真空斷路器以中置手車式配柜。

KGN7-12/4000-63型高壓開關柜特點：該柜為大電流、高開斷的高壓開關設備，額定電流為4000A，額定短路開斷電流為63 kA;柜體結構完全鎧裝，關鍵部件采用非導磁材料，解決大電流產生磁場而引起的鋼件發熱問題;風道設計獨特，在自然風冷卻條件下，即可滿足1.1倍溫升的要求;“機械五防”連鎖裝置完善，并可加裝微機或電器閉鎖，為設備操作人員提供了可靠的安全保護[2]。

3改造方案實施

3.1 設計階段

廠家設計人員在現場踏勘了原開關柜布置、高低壓母線出線、柜體深度等參數開始設計，出具設計圖，由于發電機出口斷路器采用了固定式開關，并在6.3kV母線側裝設隔離開關，改變了相應電氣二次部分接線，綜合保護、監控系統、五防系統等單元情況，組織技術人員再次修改圖紙，以確保改造順利進行。

3.2 施工階段

2018年3月始，結合水庫上游來水情況，兩站相繼進行改造施工，分兩期進行施工，先行改造單機單變段，后改造擴大單元段，同時完成相應五防系統、保護、監控系統調試，進展順利，改造后設備運行正常。

4結束語

新改造的開關柜自2018年運行以來，開關動作可靠，同時兩站機組開停機也實現了一鍵操作，減輕了現場運行值班人員的勞動強度，提高了設備可靠性。自2013年投產發電到2018年完成開關改造，因當初發電機出口斷路器選型及產品質量等原因，五年間，現場值班人員一度“恐懼”機組開停機。在發電機大電流出口斷路器選型中，如何更好地實現技術經濟雙贏，通過本次改造，可供同類型發電機出口斷路器選型借鑒。

參考文獻

[1] 馬洪順，程陽，陳豐，等.發電機出口斷路器選型分析[J].熱力發電，2018，（6）：98-104.

[2] 梅強.大容量發電機出口斷路器的選擇[J].華東電力，2005，33（12）：75-78.

作者簡介

凌遠鈞（1983-），男，學歷：大學本科，工學學士，高級工程師，研究方向：從事電力生產管理工作。