大機組中發電機斷路器應用的探討

    1發電機斷路器的發展概況

自本世紀40年代初起，隨著工業、制造水平的提高以及電力需求的不斷增加，大容量發電機組的生產制造不僅成為可能，而且成為滿足電力市場需求的要求。隨著發電機單機容量的不斷增大致使短路電流迅速提高，使普通的中壓開關已無法滿足開斷能力的要求，同時為了提高安全可靠性，導致了離相封閉母線的迅速發展以及發電機、變壓器單元接線的廣泛采用。至60年代中期，為了簡化電廠的運行操作，提高機組的可用率以及核電技術的需要，越來越多的專家認為采用發電機斷路器是十分必要的。正是這種需要導致了BBC公司在1969年開發出第一臺可在大型發電機機端直接操作的DR型空氣斷路器。該斷路器為離相式全封閉結構，以壓縮空氣為滅弧介質，操動機構也采用壓縮空氣，額定電流達50000A，開斷能力為250kA，其中額定電流為11000A以下的斷路器采用自然風冷，11000～20000A采用強迫水循環風冷，20000～50000A則為水冷。從第一臺DR型斷路器投運至今，BBC/ABB共生產了大約600臺投放市場，其故障率逐步縮小到0.5%左右，且漸趨穩定。操作故障率為20×10-6，相當于50000次操作出現一次故障，這一指標較高壓斷路器低20倍左右。1984年ABB推出了第一臺HE型SF6發電機斷路器，采用SF6氣體作為滅弧介質，操動機構仍為氣動。它利用SF6氣體自滅弧(Selt-extinguishing)原理，由觸頭分開時產生的電弧來加熱SF6氣體，使其膨脹，形成熄弧所需的氣體，同時電流流過固定觸頭內的線圈產生磁場，導致電弧旋轉，以使對觸頭的燒傷減小至最低限度，

而且相對獨立的荷載觸頭與滅弧觸頭，保證了連續載流能力。1996年3月，ABB研制的HEC—8型發電機斷路器通過了荷蘭KEMA試驗，該斷路器額定電流可達24000A，開斷能力達160kA，使得SF6斷路器用于600MW發電機出口成為可能。由于SF6的采用使得整個斷路器的結構更趨緊湊，故障率也更低，ABB公司1200臺HE型(HEC和HEK)發電機斷路器的故障率小于0.3%?，F在發電機斷路器已不僅僅是一臺斷路器，而是集成了電壓互感器、電流互感器、隔離開關、接地開關等發電機與主變壓器之間的設備，成為具有多種功能的組合電器。

除了ABB公司之外，法國GEC—ALSTOM公司、日本三菱等公司也先后開發出了SF6發電機斷路器。GEC—ALSTOM公司生產制造發電機的歷史較長，雖然它也生產SF6發電機斷路器，但它是以生產空氣式發電機斷路器見長。它生產的SF6發電機斷路器發展較緩慢，而且容量也小。空氣式發電機斷路器的最大參數是：額定電壓36kV，額定電流37500A，開斷電流275kA?？諝馐桨l電機斷路器是利用壓縮空氣作為絕緣介質和滅弧介質以及斷路器的操作與冷卻用氣。雖然空氣式發電機斷路器是一種系列性強、通用性高的產品，但其外形尺寸大，占地多，價格昂貴，且還需另外設置壓縮空氣系統。日本三菱公司于1977年開始生產發電機斷路器采用的絕緣介質是SF6氣體，其最大開斷電流為110kA，開斷次數10次；開斷額定電流42000A時的開斷次數為50次。目前開斷電流為125kA的發電機斷路器正在制造中。

除了以SF6氣體和空氣作為絕緣介質的SF6發電機斷路器和空氣式發電機斷路器外，80年代末90年代初又利用真空技術開發了真空型發電機斷路器，這種發電機斷路器是由德國西門子公司開發和生產。8BK40、8BK41系列即是西門子公司生產的真空型發電機斷路器，其額定電壓7.2～17.5kV，其中8BK40的額定電流?5000A，最大開斷電流為63kA；8BK41的額定電流4000～12000A，最大開斷電流為80kA。真空型發電機斷路器由于在開斷水平上受到限制，開斷電流大于63kA的真空斷路器制造已非常困難，而且價格也較昂貴，所以目前真空型發電機斷路器在小容量機組中使用較多，在大機組中的使用受到限制。

國內發電機斷路器的發展水平相對來講還比較低，目前只有沈陽高壓開關廠一家生產發電機斷路器，80年代，引進法國GEC—ALSTOM制造技術，開始研制PKG2型發電機斷路器，該型斷路器自1986年開始至1988年已在葛州壩水電廠投運了14臺，總的運行情況尚好，但是該產品體積大、噪聲大，維護工作量較大。具了解，葛州壩水電廠已將這14臺斷路器全部更換為ABB公司的SF6斷路器。目前沈陽高壓開關廠正在積極開發研制SF6發電機斷路器。

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