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发电机断路器的主要作用

68 2020-10-17 10:21:28

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,造成发电机转子过热,转子护环出现9.1mm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4.5s。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)已大大超过了发电机组的耐受时限。 请登陆:高压开关网 浏览更多信息

  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,每年就要上交基本电费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。


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