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中型水电站发电机断路器应用探讨

更新时间:2019-08-29 发布:m.1024sj.com

摘要中小容量的发机电断路器在国内水电站中的运用研究今朝尚属起步阶段,是新的电气设计课题,本文以西霞院电气主接线设计为例,对中型水电站发机电出口装设非普通配电型发机电断路器的需要性进行了探讨。同时,对国产装备的成长提出了一些设想。

  关头词中型水电站发机电断路器运用探讨




  1 引言

  发机电断路器(以下简称GCB),作为在最刻薄开断条件下的年夜电流、年夜容量、价格昂贵的中压断路器,已在年夜型水电站中获得普遍,但在中型水电站中,曩昔由于普遍存在熟悉不足的问题,再加上场地安插和经济方面的斟酌,发机电出口接纳装设GCB的设计极为少见,年夜多以普通配电型断路器替换,其成效给机组持久平安运行造成了潜在的风险。2000年随着中小容量GCB制造技术的成长,GCB在中型水电站中的运用与研究已慢慢提到议事日程。我院设计的小浪底水利枢纽西霞院反调理水库电站,在中型水电站电气主接线设计方面具有典型性。本文以此为例,对中型水电站发机电出口装设GCB的需要性进行了探讨,并对中小容量GCB在国内的运用和成长谈一些小我的看法。

  2 西霞院水电站电气主接线设计

  西霞院水电站装设6台轴流式水轮发机电组,单机容量为35MW,总装机容量为210MW,距洛阳地域负荷中心仅33km,在系统中的作用主要是在知足反调理发电的根蒂根基上介入系统调峰运行。电站以220kV电压品级接进系统,220kV出线2回。借鉴国内同等类型水电站的设计经验,经过量方案的综合比力,最终推荐发—变组合采用二机一变扩年夜单元接线,220kV升压侧采用双母线接线的方案,西霞院水电站电气主接线方案的主接线简图见图1。

  3 发机电出口装设GCB的问题探讨

  3.1 发机电出口装设断路器的技术条件

  发机电—变压器组合采用扩年夜单元接线,每台发机电出口必需加装断路器。西霞院水电站35MW发机电出口回路延续工作电流为2358A,三相短路电流计较成效为36.4kA。

  凭据35MW机组对装设在发机电出口断路器的主要要求,现将GCB与普通配电型断路器的有关技术条件比力见表1。

  3.2 GCB和普通配电型断路器的性能比力

  3.2.1 GCB是发机电出口专用断路器,平安是针对发机电出口回路的特殊技术要求而发生,与普通配电型断路器相比,具有极强的开断短路电流直流份量的能力和失步开断的能力,极高的机械和电气操作寿命,其三相联动操作机构能提供平安的同步操作,运用GCB还可以减小升压变压器的故障平均恢复时间和发机电的故障平均恢复时间,使电厂的可哄骗率增加,从而提高电厂的效益,尤其是GCB开断发机电出口延迟过零短路电流的能力,是普通配电型断路器所不具有的。

  3.2.2 由于本电站发机电电压装备均集中安插在主厂房下流侧狭长的副厂房内,场地严重,希看出口断路器体积小,并能与其他发机电电压成套柜并排安插。今朝,国产10kV真空断路器柜已具有开断短路电流交流份量有用值50kA的分断能力,但这类普通配电断路器并非针对发机电回路的特点而设计,对短路电流直流份量的分断能力很低。

  每种交流断路器的开断都需要有一个电流过零点,电弧会在电流过零点自动地分隔。在某些条件下,来自觉机电的短路电流可能具有100ms或更长的延时电流零点。在发机电空载状态下,若是短路发生在电压最低状态,那末就会泛起具有直流份量的非对称短路电流。尤其是在故障前,当发机电在欠砺磁状态下且具有超前功率因数时泛起最高非对称值。在此条件下,短路电流的直流份量将高于对称份量,并一直连结到延时电流零点。图2为发机电源馈电故障时短路电流的计较实例。

  

  从图2可以看出,短路电流的交流份量和直流份量的衰减纪律分歧,交流份量随着发机电短路次暂态和暂态时间常数Td″、Td′,Tq″、Tq′按指数递减,直流份量随着短路时间常数Ta=Xd″/(2πfRa),(式中:Xd″为直轴次暂态电抗;Ra为电枢电阻)按指数纪律衰减。凭据发机电分歧尺寸和设计结构,这些时间常数值变化很年夜,当短路电流的交流份量比直流份量衰减得快时,在某段时间内就发生了延时电流零点。小容量发机电因电感与电阻的比值小,短路时间常数小,直流份量衰减很快,短路一般经数十毫秒,即经由过程零点,灭弧较易。而35MW发机电短路时间常数Ta较年夜,跨越150ms,直流份量衰减慢,短路电流有经数百毫秒也欠亨过零点的情况。若发机电出口选用常规配电断路器,断路器动作切断短路故障时会发生异常过电压,灭弧不容易。而需选用GCB,哄骗断路器触头分手发生很高的电弧电压,来增年夜与Ra相串联的电弧电阻,使短路电流直流份量快速衰减,从而强制过零。也就是说,只有GCB才能知足不外零时切断短路电流,而不致发生危险的过电压。

  3.2.3 GCB除适用于开断不外零的电流外,还具有极高的尽缘水平、极强的失步开断能力、开断小电感和小电容电流的能力等,其庇护发机电和主变压器的功效是普通配电型断路器所不成取代的。近几年来已有一些小水机电组相继选用了成套的普通配电型真空断路器柜替换作GCB用,虽然这些用户装设了过电压庇护装配(有些用户甚至仅在真空断路器的两侧设置装备摆设了氧化锌避雷器),但从持久看却存在着隐患。一是新机组刚投运时尽缘水平相对较高,尽缘尚能配合,而机组尽缘水平随着运行时间增加在慢慢下降,尽缘配合就成了问题;二是普通配电型断路器的性能究竟结果与发机电出口专用断路器的性能要求相差较年夜,难以胜任刻薄的使用条件,故存在着随机性损坏机组的可能和不平安身分。

  综上所述,西霞院水电站发机电容量虽然不年夜,但发机电出口加装GCB而很是规配电断路器,在技术上是极为需要的。

  3.3 中小容量GCB在国内的运用

  年夜容量的GCB在国内外年夜型电站中已获得普遍运用,其中以瑞士ABB、法国阿尔斯通、日本三菱的SF6型和德国西门子的真空型最具有代表性,国内也已有沈高的LN-18型产物。对于中小容量的GCB,真空型产物因价格低廉、结构简单、维护容易、体积小而据有一定的优势,如德国西门子的3AF2288真空型GCB,电压17.5kV、额定电流4000A、额定开断电流63kA、额定峰值耐受电流160kA,在尺寸和价格上都与普通配电型断路器差不多,只是与SF6型GCB相比,其错误谬误是需另配备过电压庇护装配,开断容量及载流量遭到限制。据领会,今朝国内已具有开发进步前辈水平新产物的实力,希看能早日研制出价廉质优的国产中小容量的GCB填补空白,这类产物的尺寸应与凡是的中压柜相仿,并能组合进成套柜中,以解决中型水电站地下式厂房电气装备安插的难题。

4 结论

  4.1 中型水电站发机电——变压器组合若采用扩年夜单元接线,每台发机电出口必需加装断路器。

  4.2 中型水电站发机电出口虽然短路电流不太年夜,例如西霞院35MW发机电组出口三相短路电流计较成效仅为36.4kA,但因其所处位置的重要性和对断路器的特殊要求,有装设GCB的需要性。国内一些中小水机电组选择普通配电型断路器替换GCB的作法,给机组持久平安运行埋下了隐患。

  4.3 希看能早日研制出质优价廉的国产中小容量的GCB成套柜,以顺应中型水电站发机电电压装备选型和安插的需要。

  (注:本文获优秀论文二等奖)


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