大機(jī)組中發(fā)電機(jī)斷路器應(yīng)用的探討
1發(fā)電機(jī)斷路器的發(fā)展概況
自本世紀(jì)40年代初起，隨著工業(yè)、制造水平的提高以及電力需求的不斷增加，大容量發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)制造不僅成為可能，而且成為滿足電力市場(chǎng)需求的要求。隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)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(guān)已無法滿足開斷能力的要求，同時(shí)為了提高安全可靠性，導(dǎo)致了離相封閉母線的迅速發(fā)展以及發(fā)電機(jī)、變壓器單元接線的廣泛采用。至60年代中期，為了簡(jiǎn)化電廠的運(yùn)行操作，提高機(jī)組的可用率以及核電技術(shù)的需要，越來越多的專家認(rèn)為采用發(fā)電機(jī)斷路器是十分必要的。正是這種需要導(dǎo)致了BBC公司在1969年開發(fā)出第一臺(tái)可在大型發(fā)電機(jī)機(jī)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(jié)構(gòu)，以壓縮空氣為滅弧介質(zhì)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)也采用壓縮空氣，額定電流達(dá)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(fēng)冷，11000～20000A采用強(qiáng)迫水循環(huán)風(fēng)冷，20000～50000A則為水冷。從第一臺(tái)DR型斷路器投運(yùn)至今，BBC/ABB共生產(chǎn)了大約600臺(tái)投放市場(chǎng)，其故障率逐步縮小到0.5%左右，且漸趨穩(wěn)定。操作故障率為20×10-6，相當(dāng)于50000次操作出現(xiàn)一次故障，這一指標(biāo)較高壓斷路器低20倍左右。1984年ABB推出了第一臺(tái)HE型SF6發(fā)電機(jī)斷路器，采用SF6氣體作為滅弧介質(zhì)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)仍為氣動(dòng)。它利用SF6氣體自滅弧(Selt-extinguishing)原理，由觸頭分開時(shí)產(chǎn)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(shí)電流流過固定觸頭內(nèi)的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，導(dǎo)致電弧旋轉(zhuǎn)，以使對(duì)觸頭的燒傷減小至最低限度，
而且相對(duì)獨(dú)立的荷載觸頭與滅弧觸頭，保證了連續(xù)載流能力。1996年3月，ABB研制的HEC—8型發(fā)電機(jī)斷路器通過了荷蘭KEMA試驗(yàn)，該斷路器額定電流可達(dá)24000A，開斷能力達(dá)160kA，使得SF6斷路器用于600MW發(fā)電機(jī)出口成為可能。由于SF6的采用使得整個(gè)斷路器的結(jié)構(gòu)更趨緊湊，故障率也更低，ABB公司1200臺(tái)HE型(HEC和HEK)發(fā)電機(jī)斷路器的故障率小于0.3%?，F(xiàn)在發(fā)電機(jī)斷路器已不僅僅是一臺(tái)斷路器，而是集成了電壓互感器、電流互感器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)等發(fā)電機(jī)與主變壓器之間的設(shè)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(fā)出了SF6發(fā)電機(jī)斷路器。GEC—ALSTOM公司生產(chǎn)制造發(fā)電機(jī)的歷史較長(zhǎng)，雖然它也生產(chǎn)SF6發(fā)電機(jī)斷路器，但它是以生產(chǎn)空氣式發(fā)電機(jī)斷路器見長(zhǎng)。它生產(chǎn)的SF6發(fā)電機(jī)斷路器發(fā)展較緩慢，而且容量也小。空氣式發(fā)電機(jī)斷路器的最大參數(shù)是：額定電壓36kV，額定電流37500A，開斷電流275kA。空氣式發(fā)電機(jī)斷路器是利用壓縮空氣作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)以及斷路器的操作與冷卻用氣。雖然空氣式發(fā)電機(jī)斷路器是一種系列性強(qiáng)、通用性高的產(chǎn)品，但其外形尺寸大，占地多，價(jià)格昂貴，且還需另外設(shè)置壓縮空氣系統(tǒng)。日本三菱公司于1977年開始生產(chǎn)發(fā)電機(jī)斷路器采用的絕緣介質(zhì)是SF6氣體，其最大開斷電流為110kA，開斷次數(shù)10次；開斷額定電流42000A時(shí)的開斷次數(shù)為50次。目前開斷電流為125kA的發(fā)電機(jī)斷路器正在制造中。
除了以SF6氣體和空氣作為絕緣介質(zhì)的SF6發(fā)電機(jī)斷路器和空氣式發(fā)電機(jī)斷路器外，80年代末90年代初又利用真空技術(shù)開發(fā)了真空型發(fā)電機(jī)斷路器，這種發(fā)電機(jī)斷路器是由德國西門子公司開發(fā)和生產(chǎn)。8BK40、8BK41系列即是西門子公司生產(chǎn)的真空型發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)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(jià)格也較昂貴，所以目前真空型發(fā)電機(jī)斷路器在小容量機(jī)組中使用較多，在大機(jī)組中的使用受到限制。
國內(nèi)發(fā)電機(jī)斷路器的發(fā)展水平相對(duì)來講還比較低，目前只有沈陽高壓開關(guān)廠一家生產(chǎn)發(fā)電機(jī)斷路器，80年代，引進(jìn)法國GEC—ALSTOM制造技術(shù)，開始研制PKG2型發(fā)電機(jī)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(yùn)了14臺(tái)，總的運(yùn)行情況尚好，但是該產(chǎn)品體積大、噪聲大，維護(hù)工作量較大。具了解，葛州壩水電廠已將這14臺(tái)斷路器全部更換為ABB公司的SF6斷路器。目前沈陽高壓開關(guān)廠正在積極開發(fā)研制SF6發(fā)電機(jī)斷路器。
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