保护断路器设计选型在中小型水电站发电机中的思考

保护断路器设计选型在中小型水电站发电机中的思考
通常，人们习惯地对单机容量100MVA及以下的发电机组称为中小型发电机。鉴于我国能源综合利用开发的基本国策，自西部大开发以来，特别在西南地区，中小型水力发电机组建设拔地而起，产业结构也已具备了一定的规模，随着市场经济的发展，对于中小型水力发电机保护断路器的设计选型，改变以往使用通用型断路器为发电机型断路器的传统，已是大势所趋。 一、发电机型断路器与通用型断路器的技术性能比较
发电机型断路器与通用型断路器在机械特性、绝缘特性和电气特性的表述方式上基本相同。
如对短路开断电流均以交流分量有效值和直流分量百分数（DC％）表示；绝缘性能均以工频和雷电冲击耐压水平考核；机械特性考核项目等也基本相同。
发电机型断路器与通用型断路器的不同之处，是前者对某些技术性能的技术参数要求要苛刻得多。因为发电机的电感值较系统相对要大，作为保护断路器在瞬间所承受的直流分量和衰减时间常数均大得多。GB/T14824-1993中规定：在断路器分闸时间加0.01s时，直流分量（DC％）约为68％，衰减时间常数为60ms，显然较通用型断路器的直流分量DC％20％和衰减时间常数45ms要大；同时，额定短路关合电流也不相同，发电机型断路器因为直流分量较大，额定短路关合电流（峰值）为额定短路电流的2.74倍，而通用型断路器此值仅为2.5倍；在表述方式上，发电机型断路器的铭牌除标有额定短路电流值外，同时还注明有直流分量（DC％）值，而通用型断路器则仅标有额定短路电流值。
我国国家标准GB1984规定：失步开断仅适用于联络断路器，对于通用型断路器在10kV系统应用时，则不必进行失步开断与关合此项试验。该标准已被修订，目前正在待批。相对比较，发电机型断路器对失步开断与关合试验不仅要做，而且直流分量和瞬态恢复电压值要大得多，这是通用型断路器不可能替代的。 三、发电机型断路器开发研究过程
在发电机型断路器未进行开发研究之前，由于没有专门的发电机保护断路器，设计选型只能是选择额定电流大、短路开断电流大和直流分量大的断路器用于发电机回路作为保护设备。 四、中小型水力发电机保护断路器设计的思考
（1）重视中小容量水力发电机保护断路器的设计应用。发电机保护断路器根据电站接入系统方式、在电力系统中的作用、可靠性数值计算等，选型作为发电机保护回路主要保护电气设备，所以，正确设计选择发电机保护断路器直接关系着水电站后期的电气设备合理投资、运行维护简单方便、保证水电站长周期安全经济运行，事关重大，故而应予以认真对待。
（2）避免发电机保护断路器设计选型的误区。早期在发电机型断路器标准未实施之前，因为没有专门的发电机保护断路器产品，人们对于发电机断路器设计选型，只是考虑额定电流、短路开断电流和直流分量较大，就可以应用于发电机回路。我国过去常用于中小容量水电站的发电机保护断路器主要是少油SN3-10型和SN4-10型，这些产品的结构比较简单、技术落后、额定参数低、运行极不可靠、满足不了当前发展中的中小型水力发电站的技术要求，逐步将被新型真空断路器所取代。设计选型发电机保护断路器时，除应满足额定电流、短路开断电流和直流分量的同时，必须充分考虑回路的时间常数，瞬态恢复电压、失步开断电流和关合电流等其它参数，避免忽视这一因素的误区，择优选择符合发电机断路器标准的产品。
（3）关于真空断路器的截流过电压保护。真空断路器以良好的开断性能应用于发电机保护断路器极为普遍。由于真空优越的灭弧特性，往往在开断过程中发生截流现象，因为截流引起的操作过电压，则与断路器的结构和系统配置有关，而且具有一定的随机性。国内外许多真空灭弧室制造商，对于真空灭弧室限制截流值的技术措施进行了一系列研究，并且取得了一定的效果，西屋公司和西门子公司已确认该公司的真空断路器截流值已降低至3A～5A。尽管如此，局限于产品制造的工艺水平和质量保障体系的随机性，相对于价格昂贵的水轮发电机而言，在发电机保护断路器回路，仍应加装过电压保护装置。