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发表人:保定微机 发表时间:2023/12/14 9:10:00  

 

 本栏论题: 发电机出口断路器的作用是什么?  [528]

    发电厂装设发电机断路器的主要作用是在于简化运行操作程序,减小发电机和变压器的事故范围,简化同期操作、提高其可靠性,方便调试和维护。
   
    1、简化厂用电切换/操作程序
   
    目前,我国的300MW及以下机组和部分600MW机组火力发电厂中,均设有专用的启动/备用变压器,无论是机组的正常启动、停机,还是因厂用工作变压器故障、检修,都需要进行厂用电源切换。
   
    在发电机正常起动时,首先通过启动/备用变压器获得启动电源,当发电机建立正常电压并带一定负荷后,在通过厂用电切换装置切换到厂用工作变压器供电;发电机的停机过程与之相反。因此,在不设发电机断路器的发电厂,其正常启、停机组不可避免的要进行厂用工作变压器与启动/备用变压器之间的关联切换。
   
    由于厂用工作变压器与启动/备用变压器的电源取自不同的系统,两台变压器的阻抗值也不相同,这就造成了两台变压器低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,两台变压器之间将产生较大的环流。严重情况下环流可达数千安培,如此之大的环流,即使在并联切换时间内对变压器不造成损害,也会对变压器的寿命产生累积影响。这对变压器的安全运行构成了很大的威胁。
   
    发电厂厂用电的事故切换过程中,也存在着与正常厂用电切换过程中厂用工作母线电压与启动/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,而且会对设备造成直接危害。例如,在事故快切过程中,如果允许相位差整定过大(超过40°),则对高压电动机的暂态冲击电流可达额定值的18倍,极有可能引起高压电动机的损坏,这是安全运行所不允许的,即使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造成的过电压、过电流、过负荷仍会对设备的使用寿命和安全运行带来不利的影响。因此,减少避免厂用电源切换将提高发电厂运行的安全可靠性。
   
    采用发电机出口断路器后,发电机组的启停电源是经过主变压器倒送电至厂用工作变压器获得,从机组启动一直到发电机并网发电,整个过程都无须厂用电源切换。只有当厂用工作变压器发生故障或主变压器故障时,才需要厂用电源切换。有关分析结果表明:采用发电机断路器后,使厂用电源切换减少到约1/348,作用用显著,从而有效地提高了发电厂安全可靠性。同时,这也使得厂用电的操作、运行难度大大降低。
   
    2、提高发电机、变压器的保护水平
   
    采用发电机出口断路器后,不论是在发生操作故障或在系统振荡时,还是在发电机或变压器发生短路故障时,都将提高保护的选择性,从而提高机组运行的安全、可靠性。
   
    在发生操作故障或在系统出现振荡时,将引起发电机和电网之间的功率波动,不平衡电流引起发电机转子绕组过热。故障发生后,断开发电机出口断路器即可,而厂用电无须切换。待故障消失后,发电机与电网之间又可以通过发电机出口断路器快速恢复连接,避免了由于厂用电源切换故障造成的全厂停电事故。同样,当发电机发生内部故障时,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内部故障,保证了安全停机。
   
    由于采用了发电机出口断路器,不仅实现了发电机、变压器分别地、有选择地进行保护跳闸,简化了保护接线,而且机组内部故障无须动作于高压断路器从而避免了厂用电源的切换,这对于消除一些瞬时性故障特别是来自于锅炉、汽轮机的热工误发信号,尽快恢复机组的运行及避免因误操作而导致的损失非常有益。据沙角C电厂的经验,3台机组调试期间共动作800余次,多数情况下可在数十分钟内恢复机组的运行。
   
    当发生故障后,保护有选择地动作于发电机断路器而减小动作于高压断路器的几率所带来的另一个更有利的作用是,避免或减少了由于高压断路器的非全相操作而造成的对发电机的危害。实际上,对于发电机变压器组接线,其高压断路器由于额定电压较高(220〜500kV),敞开式断路器相间距离较大,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使正常操作时也时有发生,毫无疑问,高压断路器的非全相操作(运行)会在发电机定子上产生负序电流,而发电机转子承受负序磁场的能力是非常有限的(发电机故障状态下的负序运行限制(I2/TN)2t约为8s),严重时会导致转子损坏。这种事故在国内外多次发生,我国自1980年至1992年底就发生了50起,仅1991年就发生了12起。每次此类事故都会造成转子严重受损。例如:1990年6月 12 B,首阳山电厂1号发电机变压器组高压侧断路器B相拒分,造成发电机转子过热,转子护环出现宽的裂纹。造成这种严重后果的直接原因是高压断路器不是三相机械连动的,容易发生非全相操作。目前,发电机断路器在设计和制造中都考虑了三相机械连动,防止了非全相操作的发生。另外,发电机断路器的快速动作特性,也是保证发电机组安全的重要原因。发电机断路器的固有动作时间连同保护动作时间约为75ms,当发生故障(如单相或两相故障)时,发电机断路器会很快动作并切除故障,有效地避免了对发电机组的损害。相反,若没有发电机断路器,发电机更会继续提供不平衡电流,直到灭磁过程完成。
   
    而灭磁过程可能会持续数秒钟(5〜20s),此间发电机会遭到严重损坏。因为,研究表明,根据国标设计的机组,对单相操作的临界时限分别为:空载运行大约 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4.5so由此可见,没有发电机断路器时,灭磁过程(特别是无刷励磁系统)持续时间(5〜20s)己大大超过了发电机组的耐受时限。
   
    同样的道理,由于发电机断路器的快速动作特性,使得发电机提供的短路电流受到限制,因而对于事故发生几率较高的变压器高压侧套管接地故障(几率为30%)或变压器内部故障发电机断路器将会使其危害性减小,有效提高安全可靠性。
   
    3、简化同期操作,便于检修、调试
   
    采用高压断路器进行同期操作时,断路器将会承受电压应力,在受到污染的情况下,这些电压应力可以造成断路器外部绝缘介质的闪络,当同期操作在发电机电压等级进行时,对高压断路器的电压应力便会消失。利用发电机断路器进行同期操作,比较的是发电机断路器两侧的同级电压,因而使得同期操作系统更加简单、可靠。另外,由于发电机断路器安装于室内的封闭金属壳内,环境条件好,其充分的绝缘安全裕度保证同期操作更加可靠。
   
    发电机断路器将发电机变压器组分隔为两个部分,即发电机部分和变压器部分,这种电气分隔是由发电机断路器/隔离开关组合后实现的,因此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进行测试。由发电机断路器实现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利。发电机断路器也为发电机短路试验提供了方便。
   
    4、适应厂网分开的需要
   
    电力工业管理的改革,倡导厂网分开,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,还要上交基本电费。而这项基本电费与启动/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,每年就要上交基木电费384〜576万元。在投资方日益注重投资效益的今天,上述问题不能不引起投资方的重视。解决问题的首选方案即是减小启动/备用变压器容量。减小启动/备用变压器容量的方法就是通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者不设任何备用变压器,减小变压器的数量和容量,降低运行费用,提高经济效益。
   
    发电机断路器的应用前景
   
    综上所述,目前国内外发电机断路器的发展和应用十分迅速,己从原来的压缩空气型向SF6型发展,在火电厂、水电厂、核电站、抽水蓄能等电厂中得到了更加广泛的应用。发电机断路器的技术水平不断提高,体积越来越小,噪声减低,而额定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结构型式发生了巨大革新,从压缩空气型发展到SF6气体型和真空型,SF6气体型又由双压式发展单压式、自能灭弧式和压气加自能灭弧的发电机断路器。随着开发和制造能力的不断提高,发电机断路器的配置和保护性能更趋完善,可靠性也大大提高。开发和制造能力的不断提高促使发电机断路器更加广泛的使用,广阔的市场前景又促使发电机断路器技术水平的不断提高,发电机断路器的广泛使用己逐渐成为趋势。
   

以下是关于《发电机出口断路器的作用是什么?》论题的回复(共2篇)

回复人:保定微机 

 回复时间:2023/12/14 10:48:00

支持(142) | 反对(117)

 

    一、发电机断路器的应用
   
    随着发电机单机容量的不断增大,普通的配电断路器已无法满足发电系统要求,同时,为了提高发电系统的安全可靠性,目前,在发电机与主变、厂变之间普遍采用发电机专用断路器。
   
    对于发电系统而言,发电机出口装设专用断路器具有以下优点;
    1、简化厂用电切换/操作程序;
    2、提高发电机、变压器的保护水平;
    3、简化同期操作,便于检修、调试;
    4、适应厂网分开的需求。
    因此,发电机断路器在发电厂得到了广泛的应用。
   
    二、发电机断路器的特殊要求
   
    由于发电系统的特殊性,对发电机断路器提出了特殊的要求,那么,发电机断路器与普通配电断路器相比其技术性能参数有如下特殊要求。
   
    1、额定短路开断电流
    额定短路开断电流的交流分量有效值推荐为:
    135MW机组:63kA;
    300MW机组:80kA;
    600MW机组:160kA。
    额定短路开断电流的直流分量百分数;
    时间常数τ:当额定电压40.5kV及以下时
    配电断路器为120ms;
    发电机断路器为150ms。
   
    2、额定短路关合电流
    额定短路关合电流峰值为额定短路电流交流分量有效值的2.74倍。
   
    3、额定峰值耐受电流
    额定峰值耐受电流等于额定短路关合电流。
   
    4、额定失步开断电流
   
    额定失步对称开断电流的交流分量有效值,为额定短路开断电流交流分量有效值的50%;额定失步非对称开断的直流分量百分数为50%~60%。
   
    5、额定负荷开、合电流和开、合次数
    额定负荷开、合电流为额定电流;连续开、合次数规定为50次。
   
    6、预期瞬态恢复电压
    预期瞬态恢复电压上升率:系统源为4.5kV/µs,发电机源为1.8kV/µs。
   
    三、发电机断路器的现状
   
    我国近年来对12kV等级的发电机断路器主要依赖进口。如ABB、西门子、阿尔斯通等公司生产的产品,进口产品性能优良、可靠性高但价格昂贵。而国内尚无自主研制生产的此类产品。
   
    鉴于此,我厂正在研制开发ZN65A-12/T4000~63(F)发电机断路器。
   
    四、ZN65A-12/T4000-63(F)产品结构特点
   
    1、整体式结构 ,功能单元化设计
   
    该产品为ZN65A系列产品,其整体结构与其它规格基本相同由于功能单元模块化设计,使得断路器操作界面清晰,装配和维护方便。
   
    2、选用西门子VS10047型真空灭弧室
   
    该灭弧室额定电压15kV,用于12 kV断路器上,介质绝缘强度高,对称及非对称开断能力强,电寿命长;同时短路关合能力强,短路开断次数多。
   
    3、支持主回路用双绝缘子并水平布置 :
   
    这种安装方式使得安装板加工工艺性好,加工精度高,造型美观,电动稳定性高。
   
    4、主轴采用花键轴与拐臂片联结
   
    各拐臂片间位置误差小,装配方便,同时解决了45号钢焊接性能差的问题。
   
    5、铜材质的双出线及双软联接
   
    这种结构解决了大电流长期工作的发热问题,使得断路器能够满足4400A的温升标准要求。主回路的前后用真空压力浸胶板固定,既强度高,又美观大方。
   
    五、ZN65A-12/T4000-63(F)技术参数
   
    技术参数见下表
   
   

发电机出口断路器的作用是什么?


   
    六、ZN65A-12/T4000-63(F)试验情况介绍
   
    目前,该产品短路关合、开断试验、动热稳定试验已经完成,其试验参数符合上表要求,且部分值高于标准要求。如非对称开断直流分量百分数高达75%。机械试验、温升试验等其它试验项目正在进行中。该产品计划今年完成鉴定。
   
回复人:保定微机 

 回复时间:2023/12/14 10:52:00

支持(116) | 反对(232)

 

    发电机出口断路器应用好处
   
    1、保护发电机
   
    在发电机出口发生非对称短路或承受不平衡负荷时,GCB可以迅速切除故障,防止发电机遭受损坏。发电机带不平衡负荷运行、外部或内部发生非对称短路时,转子本体表面将感应出两倍工频涡流,在转子中引起附加发热。同时,两倍工频的交变电磁转矩使机组产生倍频振动,引起金属疲劳和机械损伤。
   
    2、保护主变和高压厂用变
   
    采用GCB后,不论是发生操作故障或系统振荡时,还是发电机、变压器内部发生故障时,都可以提高其保护功能的选择性,从而提高机组安全运行的可靠性。
    在发生操作故障或系统振荡时,只需要能迅速断开GCB即可,而不用切换厂用电源。故障消失后,发电机与电网之间可以通过GCB快速恢复连接并网,避免了由于厂用电源的切换故障造成全厂停电事故。
   
    当发电机内部发生故障时,可以在不切换厂用电源的情况下,切除有故障的发电机,保证了发电机有选择地进行保护跳闸,简化了保护方式的接线,而且机组内部的故障不需要动作于高压断路器,从而避免了厂用电源的切换,这对于消除一些瞬时性故障,特别是来自于锅炉、汽机的热工误发信号,尽快恢复机组运行和避免误操作而导致的事故是非常有利的。
   
    对故障发生率比较高的变压器内部故障和变压器接地故障,GCB开断时间相对发电机灭磁的时间(数秒)要快得多,大大减小了故障电流对变压器的危害程度,有利于缩短维修时间,减少直接和间接经济损失,可提高电厂可用率0.7%~1%。
   
    3、可省去启备变,简化厂用电源切换操作程序
   
    安装GCB后,机组启停电源可经过主变倒送至厂用变,可省去启备变,机组起停机或故障只需跳开GCB而不需跳高压系统断路器,减少了在没有GCB时厂用电源切换的操作程序,降低了运行难度,提高了系统的可靠性。
   
    4、提高机组保护的选择性
   
    当发电机发生内部故障时,GCB迅速跳闸,使发电机与电网隔离,而不必连主变压器一并切除,停机厂用电源仍可由系统通过主变压器倒送,从而避免了厂用电源系统的事故切换,这样减轻了运行人员的压力,为迅速处理故障创造了条件。
   
    避免高压厂用电源的切换,简化了厂用电源的控制和保护接线,从而提高厂用电系统的可靠性。发电机出口装设GCB使发电机变压器组保护的配置简单清晰,并减少了以往保护动作的连锁复杂性。机组正常起动或停机时,厂用电源均由系统通过主变压器供给,而无需厂用电源的切换。
   
    机组并网或停机只需通过GCB就可完成,缩短了机组起动时间,对电动机的电冲击和机械冲击也减少了。操作元件的减少也降低了误操作的机率。
   
    5、简化了同期操作顺序
   
    采用高压断路器进行并网操作的同时,断路器将会承受电压应力,在外部绝缘受到污染情况下,这些电压应力可以造成断路器外部绝缘的闪络,当同期操作在发电机的等级进行时,对高压断路器的电压应力便会消失。利用GCB进行同期操作,比较的是GCB两侧的同级电压,使得同期操作更加简便可靠。另外由于GCB安装在室内,环境条件比较好,绝缘裕度宽,将保证了同期操作的更加可靠。
   
    6、方便试验、调试
   
    采用GCB将发电机和变压器分割为两个部分,因此可以进行分组逐级调试、试验,当厂用电源由主变提供时,发电机可以在欠励条件下进行调试、试验和测试工作。由GCB实现这种实体分隔对发电机和变压器的调试和维护检修提供了很大的方便,也为了电机进行的短路试验工作提供了便利条件。
   

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