1发电机断路器的开展概略

自本世纪40年代初起，随着工业、制造程度的进步以及电力需求的不时添加，大容量发电机组的消费制造不只成为能够，而且成为满足电力市场需求的要求。随着发电机单机容量的不时增大致使短路电流迅速进步，使普通的中压开关已无法满足开断才能的要求，同时为了进步平安牢靠性，招致了离相封锁母线的迅速开展以及发电机、变压器单元接线的普遍采用。至60年代中期，为了简化电厂的运转操作，进步机组的可用率以及核电技术的需求，越来越多的专家以为采用发电机断路器是非常必要的。正是这种需求招致了BBC公司在1969年开收回第一台可在大型发电机机端直接操作的DR型空气断路器。该断路器为离相式全封锁构造，以紧缩空气为灭弧介质，操动机构也采用紧缩空气，额外电流达50000A，开断才能为250kA，其中额外电流为11000A以下的断路器采用自然风冷，11000～20000A采用强迫水循环风冷，20000～50000A则为水冷。从第一台DR型断路器投运至今，BBC/ABB共消费了大约600台投放市场，其毛病率逐渐减少到0.5%左右，且渐趋波动。操作毛病率为20×10-6，相当于50000次操作呈现一次毛病，这一目标较高压断路器低20倍左右。1984年ABB推出了第一台HE型SF6发电机断路器，采用SF6气体作为灭弧介质，操动机构仍为气动。它应用SF6气体自灭弧(Selt-extinguishing)原理，由触头分开时发生的电弧来加热SF6气体，使其收缩，构成熄弧所需的气体，同时电流流过固定触头内的线圈发生磁场，招致电弧旋转，以使对触头的烧伤减小至最低限制，

而且绝对独立的荷载触头与灭弧触头，保证了延续载流才能。1996年3月，ABB研制的HEC8型发电机断路器经过了荷兰KEMA实验，该断路器额外电流可达24000A，开断才能达160kA，使得SF6断路器用于600MW发电机出口成为能够。由于SF6的采用使得整个断路器的构造更趋紧凑，毛病率也更低，ABB公司1200台HE型(HEC和HEK)发电机断路器的毛病率小于0.3%。如今发电机断路器已不只仅是一台断路器，而是集成了电压互感器、电流互感器、隔分开关、接地开关等发电机与主变压器之间的设备，成为具有多种功用的组合电器。

除了ABB公司之外，法国GECALSTOM公司、日本三菱等公司也先后开收回了SF6发电机断路器。GECALSTOM公司消费制造发电机的历史较长，虽然它也消费SF6发电机断路器，但它是以消费空气式发电机断路器见长。它消费的SF6发电机断路器开展较迟缓，而且容量也小。空气式发电机断路器的最大参数是：额外电压36kV，额外电流37500A，开断电流275kA。空气式发电机断路器是应用紧缩空气作为绝缘介质和灭弧介质以及断路器的操作与冷却用气。虽然空气式发电机断路器是一种系列性强、通用性高的产品，但其外形尺寸大，占地多，价钱昂贵，且还需另外设置紧缩空气零碎。日本三菱公司于1977年开端消费发电机断路器采用的绝缘介质是SF6气体，其最大开断电流为110kA，开断次数10次；开断额外电流42000A时的开断次数为50次。目前开断电流为125kA的发电机断路器正在制造中。

除了以SF6气体和空气作为绝缘介质的SF6发电机断路器和空气式发电机断路器外，80年代末90年代初又应用真空技术开发了真空型发电机断路器，这种发电机断路器是由德国西门子公司开发和消费。8BK40、8BK41系列即是西门子公司消费的真空型发电机断路器，其额外电压7.2～17.5kV，其中8BK40的额外电流?5000A，最大开断电流为63kA；8BK41的额外电流4000～12000A，最大开断电流为80kA。真空型发电机断路器由于在开断程度上遭到限制，开断电流大于63kA的真空断路器制造已十分困难，而且价钱也较昂贵，所以目前真空型发电机断路器在小容量机组中运用较多，在大机组中的运用遭到限制。

国际发电机断路器的开展程度绝对来讲还比拟低，目前只要沈阳高压开关厂一家消费发电机断路器，80年代，引进法国GECALSTOM制造技术，开端研制PKG2型发电机断路器，该型断路器自1986年开端至1988年已在葛州坝水电厂投运了14台，总的运转状况尚好，但是该产品体积大、噪声大，维护任务量较大。具理解，葛州坝水电厂已将这14台断路器全部改换为ABB公司的SF6断路器。目前沈阳高压开关厂正在积极开发研制SF6发电机断路器。

由于发电机断路器的共同性，发电机断路器除需满足现有的开关制造规范如IEC561987(High-voltage

altemating-current

circuit-breakers)、IEEE/ANSI-C37.081987、IEC6941980(Commonclausesfor

high-voltageswitch-gearandcontrol-gear

standards)、IEC2981990(A.C.metal-enclosedswitch-gearandcontrolgearfor

ratedvoltagesabove1kVanduptoandincluding

52kV)以外，1993年IEEE还专门公布了用于发电机断路器的制造规范：IEEEC37.0131993(ANSI/IEEEStandard

forAChigh-voltagegeneratorcircuitbreakersratedonasymmetrical

current #p#分页标题#e#

basis),从而标准了古代发电机断路器的制造、实验及装置规范。我国相继也公布相应的行业规范和国度规范：DL427-92《户内型交流发电机断路器订货技术条件》、GB/T14824《发电机断路器通用技术规范》。

2发电机断路器在发电厂中的使用

从1969年第一台发电机断路器降生以来，发电机断路器在世界各国失掉了普遍使用。依据CIGRE所做的调查材料标明，目前全世界有超越50%的核电厂与超越10%的火电厂采用了发电机断路器，特别是对厂用电零碎牢靠性要求较高的核电厂与大容量火力发电厂采用发电机断路器已成为一种趋向。在美国、英国、法国等兴旺国度中，其电力以核能、抽水蓄能电站为主，且机组容量较大，发电机出口均装设了断路器。在德国，新建立的容量大于259MVA的核电与容量大于588MVA的火力发电厂发电机也装设了发电机断路器。俄罗斯、芬兰等国的设计标准中明白规则火力发电厂中装设出口断路器。俄罗斯在其《火电设计技术规程》8.9条中规则：“单机容量为300MW及以上的每台发电机……在单元接线的一切状况下，在发电机与变压器之间均应装设断路器……”，因而在俄罗斯国际300MW及以上机组均装设了断路器或负荷开关。也正是由于这个缘由，国际从俄罗斯引进的工程中，如：天津盘山电厂(2×500MW)、伊敏电厂(2×500MW)、辽宁绥中电厂(2×800MW)、辽宁营口电厂等均装设负荷开关。之所以采用负荷开关而不装设出口断路器，是由于俄罗斯仅消费关闭式空气断路器，无法使主回路封锁，降低了机组运转的牢靠性。而负荷开关是封锁式的，可以经过外壳两端和封锁母线衔接，使发电机主回路全部封锁，可防止发电机出口三相短路，进步机组的牢靠性。我国的相关设计规程中也对采用发电机断路器的准绳作了规则。《小型火力发电厂设计标准》GB

50049-94中第12.1.6条规则，“发电机与双绕组变压器为单元衔接时，对供热式机组，可在发电机与变压器之间装设断路器；对凝汽式机组，不宜装设断路器，发电机与三绕组变压器为单元衔接时，在发电机与变压器之间，宜装设断路器和隔分开关。厂用分干线应接在变压器与断路器之间。”；《火力发电厂设计技术规程》DL50094中第11.2.6条规则，“容量为125MW及以下的发电机与双绕组变压器为单元衔接时，在发电机与变压器之间不宜装设断路器；发电机与三绕组变压器或自耦变压器为单元衔接时，在发电机与变压器之间宜装设断路器和隔分开关，厂用分干线应接在变压器与断路器之间。容量为200～300MW的发电机与双绕组变压器为单元衔接时，在发电机与变压器之间不应装设断路器、负荷开关或隔分开关。容量为600MW发电机，当降低电压仅有330kV及以上一级电压，且技术经济合理时，可装设发电机出口断路器或负荷开关。当2台发电机与1台变压器或2组发电机双绕组变压器组作扩展单元衔接时，在发电机与变压器之间应装设断路器和隔分开关。”近年来，国际核电站、水电站以及早先建立的火力发电厂也普遍装设了发电机断路器。核电机组因其重要性，均在发电机出口装设断路器，如秦山、大亚湾核电站等。水电机组由于要调峰，起动频繁，因而也都装设发电机断路器，如最近建立的四川二滩、广西岩滩、青海李家峡、黄河小浪底、广东从化水电厂等。火电厂中，截止1998年3月底投产的14台600MW机组中，只要广东沙角C电厂的3台机组装设了发电机断路器，其它机组均未装设。但是，从目前正处于后期设计中的火力发电厂中，大局部机组都有发电机断路器的方案，如河南沁北电厂、湖北黄冈电厂等。由此看来，国际在发电厂中采用发电机断路器，特别是大容量以及平安性要求较高的机组中装设发电机断路器也渐成趋向。

3发电机断路器的次要作用

发电厂装设发电机断路器的次要作用是在于简化运转操作顺序，减小发电机和变压器的事故范围，简化同期操作、进步其牢靠性，方便调试和维护。

3.1简化厂用电切换/操作顺序

目前，我国的300MW及以下机组和局部600MW机组火力发电厂中，均设有公用的启动/备用变压器，无论是机组的正常启动、停机，还是因厂用任务变压器毛病、检修，都需求停止厂用电源切换。

在发电机正常起动时，首先经过启动/备用变压器取得启动电源，当发电机树立正常电压并带一定负荷后，在经过厂用电切换安装切换到厂用任务变压器供电；发电机的停机进程与之相反。因而，在不设发电机断路器的发电厂，其正常启、停机组不可防止的要停止厂用任务变压器与启动/备用变压器之间的关联切换。由于厂用任务变压器与启动/备用变压器的电源取自不同的零碎，两台变压器的阻抗值也不相反，这就形成了两台变压器高压侧母线之间存在初始相位差。由于初始相位差的存在，使得在正常并联切换时，两台变压器之间将发生较大的环流。严重状况下环流可达数千安培，如此之大的环流，即便在并联切换工夫内对变压器不形成损害，也会对变压器的寿命发生累积影响。这对变压器的平安运转构成了很大的要挟。 #p#分页标题#e#

发电厂厂用电的事故切换进程中，也存在着与正常厂用电切换进程中厂用任务母线电压与启动/备用母线电压之间的相位差。相位差过大，则难以保证事故切换的成功，而且会对设备形成直接危害。例如，在事故快切进程中，假如允许相位差整定过大(超越40°)，则对高压电动机的暂态冲击电流可达额外值的18倍，极有能够惹起高压电动机的损坏，这是平安运转所不允许的，即便将相位差整定到允许的范围内，由于频繁的厂用电源切换所形成的过电压、过电流、过负荷仍会对设备的运用寿命和平安运转带来不利的影响。因而，增加防止厂用电源切换将进步发电厂运转的平安牢靠性。

采用发电机断路器后，发电机组的启停电源是经过主变压器倒送电至厂用任务变压器取得，从机组启动不断到发电机并网发电，整个进程都无须厂用电源切换。只要当厂用任务变压器发作毛病或主变压器毛病时，才需求厂用电源切换。有关剖析后果标明：采用发电机断路器后，使厂用电源切换增加到约1/348，作用明显，从而无效地进步了发电厂平安牢靠性。同时，这也使得厂用电的操作、运转难度大大降低。

3.2进步发电机、变压器的维护程度

采用发电机断路器后，不管是在发作操作毛病或在零碎振荡时，还是在发电机或变压器发作短路毛病时，都将进步维护的选择性，从而进步机组运转的平安、牢靠性。

在发作操作毛病或在零碎呈现振荡时，将惹起发电机和电网之间的功率动摇，不均衡电流惹起发电机转子绕组过热。毛病发作后，断开发电机断路器即可，而厂用电无须切换。待毛病消逝后，发电机与电网之间又可以经过发电机断路器疾速恢复衔接，防止了由于厂用电源切换毛病形成的全厂停电事故。异样，当发电机发作外部毛病时，发电机断路器可以在不切换厂用电源的条件下切除发电机外部毛病，保证了平安停机。

由于采用了发电机断路器，不只完成了发电机、变压器辨别地、有选择地停止维护跳闸，简化了维护接线，而且机组外部毛病无须举措于高压断路器从而防止了厂用电源的切换，这关于消弭一些瞬时性毛病特别是来自于锅炉、汽轮机的热工误发信号，尽快恢复机组的运转及防止因误操作而招致的损失十分无益。据沙角C电厂的经历，3台机组调试时期共聚集了全世界身经百战的最优秀的创业导师，汇集了全世界各国最优质的产业资源，召唤全球未来的商业领袖。举措800余次，少数状况下可在数非常钟内恢复机组的运转。

当发作毛病后，维护有选择地举措于发电机断路器而减小举措于高压断路器的几率所带来的另一个更有利的作用是，防止或增加了由于高压断路器的非全相操作而形成的对发电机的危害。实践上，关于发电机变压器组接线，其高压断路器由于额外电压较高(220～500kV)，关闭式断路器相间间隔较大，不能做成三相机械连动，更何况每相断路器还会是多断口的，高压断路器的非全相操作即便正常操作时也时有发作，毫无疑问，高压断路器的非全相操作(运转)会在发电机定子上发生负序电流，而发电机转子接受负序磁场的才能是十分无限的(发电机毛病形态下的负序运转限制(I2/TN)2t约为8s)，严重时会招致转子损坏。这种事故在国际外屡次发作，我国自1980年至1992年底就发作了50起，仅1991年就发作了12起。每次此类事故都会形成转子严重受损。例如：1990年6月12日，首阳山电厂1号发电机变压器组高压侧断路器B相拒分，形成发电机转子过热，转子护环呈现9.1mm宽的裂纹。

形成这种严重结果的直接缘由是高压断路器不是三相机械连动的，容易发作非全相操作。目前，发电机断路器在设计和制造中都思索了三相机械连动，避免了非全相操作的发作。另外，发电机断路器的疾速举措特性，也是保证发电机组平安的重要缘由。发电机断路器的固有举措工夫连同维护举措工夫约为75ms，当发作毛病(如单相或两相毛病)时，发电机断路器会很快举措并切除毛病，无效地防止了对发电机组的损害。相反，若没有发电机断路器，发电机更会持续提供不均衡电流，直到灭磁进程完成。而灭磁进程能够会继续数秒钟(5～20s)，此间发电时机遭到严重损坏。由于，研讨标明，依据国标设计的机组，对单相操作的临界时限辨别为：空载运转大约70s；满负荷时大约6s；主变压器及共高压侧短路时(两相/三相)时大约4.5s。由此可见，没有发电机断路器时，灭磁进程(特别是无刷励磁零碎)继续工夫(5～20s)已大大超越了发电机组的耐受时限。 #p#分页标题#e#

异样的道理，由于发电机断路器的疾速举措特性，使得发电机提供的短路电流遭到限制，因此关于事故发作几率较高的变压器高压侧套管接地毛病(几率为30%)或变压器外部毛病发电机断路器将会使其危害性减小，无效进步平安牢靠性。

3.3简化同期操作，便于检修、调试

采用高压断路器停止同期操作时，断路器将会接受电压应力，在遭到净化的状况下，这些电压应力可以形成断路器内部绝缘介质的闪络，当同期操作在发电机电压等级停止时，对高压断路器的电压应力便会消逝。应用发电机断路器停止同期操作，比拟的是发电机断路器两侧的同级电压，因此使得同期操作零碎愈加复杂、牢靠。另外，由于发电机断路器装置于室内的封锁金属壳内，环境条件好，其充沛的绝缘平安裕度保证同期操作愈加牢靠。

发电机断路器将发电机变压器组分隔为两个局部，即发电机局部和变压器局部，这种电气分隔是由发电机断路器/隔分开关组合后完成的，因而不同的断电器可以分组逐级测试，此外，当厂用电由主变压器提供时发电机可以在欠励磁条件下停止测试。由发电机断路器完成的这种实体分隔为发电机和变压器的调试与维护提供更大的便当。发电机断路器也为发电机短路实验提供了方便。

3.4顺应厂网分开的需求

电力工业管理的变革，倡议厂网分开，竞价上网，要求发电厂启动/备用变压器除上交用电量费用外，还要上交根本电费。而这项根本电费与启动/备用变压器容量有关，其额度为每月每kVA容量8～12元。例如，一台40MVA的变压器，每年就要上交根本电费384～576万元。在投资方日益注重投资效益的明天，上述成绩不能不惹起投资方的注重。处理成绩的首选方案即是减小启动/备用变压器容量。减小启动/备用变压器容量的办法就是经过装设发电机断路器，以主变压器倒送电至高压厂用变压器提供启/停机电源，只设事故停机时的备用变压器或许不设任何备用变压器，减小变压器的数量和容量，降低运转费用，进步经济效益。

4发电机断路器的使用前景

综上所述，目前国际外发电机断路器的开展和使用非常迅速，已从原来的紧缩空气型向SF6型开展，在火电厂、水电厂、核电站、抽水蓄能等电厂中失掉了愈加普遍的使用。发电机断路器的技术程度不时进步，体积越来越小，噪声减低，而额外电流和开断电流却越来越大，并且发电机断路器的机械寿命也在增大，高压10000次以上，远高于普通高压断路器3000～5000次的机械寿命。由于各公司的竞相开发，使得发电机断路器的构造型式发作了宏大改造，从紧缩空气型开展到SF6气体型和真空型，SF6气体型又由双压式开展单压式、自能灭弧式和压气加自能灭弧的发电机断路器。随着开发和制造才能的不时进步，发电机断路器的配置和维护功能更趋完善，牢靠性也大大进步。开发和制造才能的不时进步促使发电机断路器愈加普遍的运用，宽广的市场前景又促使发电机断路器技术程度的不时进步，发电机断路器的普遍运用已逐步成为趋向。