發(fā)電機斷路器有哪些作用

　　目前，我國的300MW及以下機組和部分600MW機組火力發(fā)電廠中，均設有專用的啟動/備用變壓器，無論是機組的正常啟動、停機，還是因廠用工作變壓器故障、檢修，都需要進行廠用電源切換。

　　在發(fā)電機正常起動時，首先通過啟動/備用變壓器獲得啟動電源，當發(fā)電機建立正常電壓并帶一定負荷后，在通過廠用電切換裝置切換到廠用工作變壓器供電；發(fā)電機的停機過程與之相反。因此，在不設發(fā)電機斷路器的發(fā)電廠，其正常啟、停機組不可避免的要進行廠用工作變壓器與啟動/備用變壓器之間的關聯(lián)切換。由于廠用工作變壓器與啟動/備用變壓器的電源取自不同的系統(tǒng)，兩臺變壓器的阻抗值也不相同，這就造成了兩臺變壓器低壓側母線之間存在初始相位差。由于初始相位差的存在，使得在正常并聯(lián)切換時，兩臺變壓器之間將產(chǎn)生較大的環(huán)流。嚴重情況下環(huán)流可達數(shù)千安培，如此之大的環(huán)流，即使在并聯(lián)切換時間內(nèi)對變壓器不造成損害，也會對變壓器的壽命產(chǎn)生累積影響。這對變壓器的安全運行構成了很大的威脅。

　　發(fā)電廠廠用電的事故切換過程中，也存在著與正常廠用電切換過程中廠用工作母線電壓與啟動/備用母線電壓之間的相位差。相位差過大，則難以保證事故切換的成功，而且會對設備造成直接危害。例如，在事故快切過程中，如果允許相位差整定過大(超過40°)，則對高壓電動機的暫態(tài)沖擊電流可達額定值的18倍，極有可能引起高壓電動機的損壞，這是安全運行所不允許的，即使將相位差整定到允許的范圍內(nèi)，由于頻繁的廠用電源切換所造成的過電壓、過電流、過負荷仍會對設備的使用壽命和安全運行帶來不利的影響。因此，減少避免廠用電源切換將提高發(fā)電廠運行的安全可靠性。

　　采用發(fā)電機斷路器后，發(fā)電機組的啟停電源是經(jīng)過主變壓器倒送電至廠用工作變壓器獲得，從機組啟動一直到發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電，整個過程都無須廠用電源切換。只有當廠用工作變壓器發(fā)生故障或主變壓器故障時，才需要廠用電源切換。有關分析結果表明：采用發(fā)電機斷路器后，使廠用電源切換減少到約1/348，作用顯著，從而有效地提高了發(fā)電廠安全可靠性。同時，這也使得廠用電的操作、運行難度大大降低。

　　2提高發(fā)電機、變壓器的保護水平

　　采用發(fā)電機斷路器后，不論是在發(fā)生操作故障或在系統(tǒng)振蕩時，還是在發(fā)電機或變壓器發(fā)生短路故障時，都將提高保護的選擇性，從而提高機組運行的安全、可靠性。

　　在發(fā)生操作故障或在系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩時，將引起發(fā)電機和電網(wǎng)之間的功率波動，不平衡電流引起發(fā)電機轉子繞組過熱。故障發(fā)生后，斷開發(fā)電機斷路器即可，而廠用電無須切換。待故障消失后，發(fā)電機與電網(wǎng)之間又可以通過發(fā)電機斷路器快速恢復連接，避免了由于廠用電源切換故障造成的全廠停電事故。同樣，當發(fā)電機發(fā)生內(nèi)部故障時，發(fā)電機斷路器可以在不切換廠用電源的條件下切除發(fā)電機內(nèi)部故障，保證了安全停機。

　　由于采用了發(fā)電機斷路器，不僅實現(xiàn)了發(fā)電機、變壓器分別地、有選擇地進行保護跳閘，簡化了保護接線，而且機組內(nèi)部故障無須動作于高壓斷路器從而避免了廠用電源的切換，這對于消除一些瞬時性故障特別是來自于鍋爐、汽輪機的熱工誤發(fā)信號，盡快恢復機組的運行及避免因誤操作而導致的損失非常有益。據(jù)沙角C電廠的經(jīng)驗，3臺機組調(diào)試期間共動作800余次，多數(shù)情況下可在數(shù)十分鐘內(nèi)恢復機組的運行。

　　當發(fā)生故障后，保護有選擇地動作于發(fā)電機斷路器而減小動作于高壓斷路器的幾率所帶來的另一個更有利的作用是，避免或減少了由于高壓斷路器的非全相操作而造成的對發(fā)電機的危害。實際上，對于發(fā)電機變壓器組接線，其高壓斷路器由于額定電壓較高(220～500kV)，敞開式斷路器相間距離較大，不能做成三相機械連動，更何況每相斷路器還會是多斷口的，高壓斷路器的非全相操作即使正常操作時也時有發(fā)生，毫無疑問，高壓斷路器的非全相操作(運行)會在發(fā)電機定子上產(chǎn)生負序電流，而發(fā)電機轉子承受負序磁場的能力是非常有限的(發(fā)電機故障狀態(tài)下的負序運行限制(I2/TN)2t約為8s)，嚴重時會導致轉子損壞。這種事故在國內(nèi)外多次發(fā)生，我國自1980年至1992年底就發(fā)生了50起，僅1991年就發(fā)生了12起。每次此類事故都會造成轉子嚴重受損。例如：1990年6月12日，首陽山電廠1號發(fā)電機變壓器組高壓側斷路器B相拒分，造成發(fā)電機轉子過熱，轉子護環(huán)出現(xiàn)9.1mm寬的裂紋。造成這種嚴重后果的直接原因是高壓斷路器不是三相機械連動的，容易發(fā)生非全相操作。目前，發(fā)電機斷路器在設計和制造中都考慮了三相機械連動，防止了非全相操作的發(fā)生。另外，發(fā)電機斷路器的快速動作特性，也是保證發(fā)電機組安全的重要原因。發(fā)電機斷路器的固有動作時間連同保護動作時間約為75ms，當發(fā)生故障(如單相或兩相故障)時，發(fā)電機斷路器會很快動作并切除故障，有效地避免了對發(fā)電機組的損害。相反，若沒有發(fā)電機斷路器，發(fā)電機更會繼續(xù)提供不平衡電流，直到滅磁過程完成。而滅磁過程可能會持續(xù)數(shù)秒鐘(5～20s)，此間發(fā)電機會遭到嚴重損壞。因為，研究表明，根據(jù)國標設計的機組，對單相操作的臨界時限分別為：空載運行大約70s；滿負荷時大約6s；主變壓器及共高壓側短路時(兩相/三相)時大約4.5s。由此可見，沒有發(fā)電機斷路器時，滅磁過程(特別是無刷勵磁系統(tǒng))持續(xù)時間(5～20s)已大大超過了發(fā)電機組的耐受時限。

　　同樣的道理，由于發(fā)電機斷路器的快速動作特性，使得發(fā)電機提供的短路電流受到限制，因而對于事故發(fā)生幾率較高的變壓器高壓側套管接地故障(幾率為30%)或變壓器內(nèi)部故障發(fā)電機斷路器將會使其危害性減小，有效提高安全可靠性。

　　3簡化同期操作，便于檢修、調(diào)試

　　采用高壓斷路器進行同期操作時，斷路器將會承受電壓應力，在受到污染的情況下，這些電壓應力可以造成斷路器外部絕緣介質(zhì)的閃絡，當同期操作在發(fā)電機電壓等級進行時，對高壓斷路器的電壓應力便會消失。利用發(fā)電機斷路器進行同期操作，比較的是發(fā)電機斷路器兩側的同級電壓，因而使得同期操作系統(tǒng)更加簡單、可靠。另外，由于發(fā)電機斷路器安裝于室內(nèi)的封閉金屬殼內(nèi)，環(huán)境條件好，其充分的絕緣安全裕度保證同期操作更加可靠。

　　發(fā)電機斷路器將發(fā)電機變壓器組分隔為兩個部分，即發(fā)電機部分和變壓器部分，這種電氣分隔是由發(fā)電機斷路器/隔離開關組合后實現(xiàn)的，因此不同的斷電器可以分組逐級測試，此外，當廠用電由主變壓器提供時發(fā)電機可以在欠勵磁條件下進行測試。由發(fā)電機斷路器實現(xiàn)的這種實體分隔為發(fā)電機和變壓器的調(diào)試與維護提供更大的便利。發(fā)電機斷路器也為發(fā)電機短路試驗提供了方便。

　　4適應廠網(wǎng)分開的需要

　　電力工業(yè)管理的改革，倡導廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)，要求發(fā)電廠啟動/備用變壓器除上交用電量費用外，還要上交基本電費。而這項基本電費與啟動/備用變壓器容量有關，其額度為每月每kVA容量8～12元。例如，一臺40MVA的變壓器，每年就要上交基本電費384～576萬元。在投資方日益注重投資效益的今天，上述問題不能不引起投資方的重視。解決問題的首選方案即是減小啟動/備用變壓器容量。減小啟動/備用變壓器容量的方法就是通過裝設發(fā)電機斷路器，以主變壓器倒送電至高壓廠用變壓器提供啟/停機電源，只設事故停機時的備用變壓器或者不設任何備用變壓器，減小變壓器的數(shù)量和容量，降低運行費用，提高經(jīng)濟效益。

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