ABB发电机断路器在陈村水电站的应用

一、引言

陈村水电站是目前安徽省最大的水电站，装机5台，总容量184MW 。其中陈村三台50MW 机组在系统中主要起调峰和事故备用作用，每台机组年平均开停机三百多次。水电调峰机组启停频繁导致机组出口断路器机构故障发生率的增加，影响了水电机组并网的快速性和可靠性。因此对水电机组出口断路器采用性能好、可靠性高、适合频繁操作的发电机断路器显得十分重要。

我站1号发电机出口与1号主变压器低压侧之间采用了1号发电机断路器，一次主接线如图1所示。陈村1号发电机、1号主变电气参数如下:


1号发电机：TS920／115— 44，容量58．8MVA，功率50MW ，额定电压10．5kV，额定电流3235A，Xd(不饱和值)一0．9956，Xd 一0．2386，Xq一0．6316，Xd 一0．1634，X2— 0．169，X0— 0．04924。1号主变：0SSPSL- 120000／220自耦变压器，容量120000／I2oooo／6ooookVA，额定电压220／121／lo．5kV，接线组别O—YO／△一12— 11，阻抗电压：高一中1O ；中一低10．68 ；高一低16．7 。

一号发电机断路器原型号为SN4— 10G 少油断路器，合闸电源270VDC，合闸电流达166A。于1975年投运，运行时间已达25年以上，加上发电机组在系统中担任调峰作用，1号发电机断路器操作频繁，机械磨损严重，导致断路器运行可靠性降低，已严重影响到主设备的安全运行。SN4—10G 断路器为仿苏型，其遮断容量达不到原设计要求，当发生电气故障时可能由于不能开断短路电流而引起严重后果。

1号发电机断路器在现场长期运行经验表明，发电机断路器的采用给现场带来了以下的优点：简化了运行操作程序，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，方便现场调试和维护。同时采用发电机断路器后，使厂用电源切换减少，作用显著，从而有效地提高了电站的安全可靠性。
二、SN4—1OG发电机断路器的运行分析及更换的紧迫性

1号发电机断路器近几年故障情况统计分析见表1。


对存在问题的分析：1号发电机断路器自投运以来操作频繁，动作次数已超过10000次以上，机械磨损严重，寿命已到，从检修方面对一些频发性机械故障已无法消除，危及1号发电机组的安全运行。因此我站决定对1号发电机断路器进行更换。在2000年7月进行了招标及更换的前期技术准备工作。
　　
三、ABB发电机断路器的选型安装与运行分析

针对我站的电气主设备参数和运行情况，对发电机断路器的选型要求采用由三相联动的三台单相断路器组成，断路器为空气自然冷却，采用SFe气体作为绝缘介质和灭弧介质，三相连通为一个独立的气系统，充于灭弧室和传动机构箱。通过招标和技术经济分析比较，我站1号发电机断路器选用了ABB公司的HGI一2(S)型断路器。并且配备了所有必须的辅助设备，包括操作机构、就地控制和远方控制回路在内的控制箱，以及断路器正常运行所需所有的接线、接口和附件。HGI一2(S)型断路器是敞开式不带外壳。其操作机构配备了气体密度监视继电器，以便将SF 气体低压报警接点及闭销(不允许动作)接点引出到控制箱。

HGI一2(S)发电机断路器采用SF。气体作为灭弧介质，它利用SF 气体自灭弧(Serf—extinguish—ing)原理，由触头分开时产生的电弧来加热SF 气体，使其膨胀，形成熄弧所需的气体，同时电流流过固定触头内的线圈产生磁场，导致电弧旋转，以使对触头的烧伤减小至最低限度，而且相对独立的荷载触头与灭弧触头，保证了连续载流能力。

1号发电机断路器型号：HGI一2(S)额定电压：17．5kV；额定电流：6300A；额定短路开断电流：对称短路电流50kA；非对称短路电流70kA；分闸时间：35ms；开断时间：55ms；合闸时间：56ms；维修周期：15年；机械操作合分次数：10000次；开断短路电流次数：1500次；开断额定短路电流次数：5次；操作机构型式：HMB一1液压弹簧；操作电源电压：220VDC；充气压力：0．62MPa；充气重量：6．2kg；出厂编号：HA10618— 1；出厂日期：2000年12月13日；厂家：ABB；投运日期：2001年3月23 日。

2001年3月10日对1号发电机断路器进行就位安装，将HGI一2(S)断路器直接装在原SN4—10G 断路器的钢结构底座上，减少了断路器的基础施工。同时对断路器控制箱到断路器本体的二次回路电缆进行连接和接线工作。12日厂方来人进行断路器SF。气体充气检测，主要做了充气(SF。气体由我站提供)、检漏；分、合闸时间、三相同期及气体压力信号回路测试等工作。我站电气试验人员对断路做了交流耐压、绝缘电阻、接触电阻、低电压动作、分合闸线圈直阻及绝缘试验工作。由于厂方未作要求，根据规程此次断路器的分、合闸速度试验未做。这次新设备安装工作主要项目内容如下：
(1)充气、检漏：实测气体压力为0．65MPa，报警压力0．58MPa，闭锁压力0．54MPa。
(2)微水检测：微水值≤ 150ppm，露点为一39．5 C 。
(3)低电压动作试验：154V 合闸三次、56V 分闸三次成功，分闸极限值为56V。
(4)接触电阻测试：A 相2．5 Q、B相2．O Q、C相2．O Q。
(5)交流耐压试验：本体及断口均为40kV 一分钟通过。
(6)分合闸时间及三相同期试验满足要求。　
(7)断路器进出引线端硬母线加工制作、安装。
(8)断路器小室安装排风扇、开出观察孔。

上述各项调试试验结果正常后，1号发电机断路器于3月23日投入运行。
HGI一2(S)发电机断路器与国内断路器相比其设计较有特色。为了提高操作机构的可靠性采用了弹簧储能液压操作机构，弹簧储能可靠性高，稳定，不受温度的影响。液压弹簧操作机构充分利用液压操作弹簧储能，保证了断路器动作时的可靠。弹簧的储能是依靠电机驱动油泵压力来操作的，为监视液压弹簧操作机构的完好性，设置了油泵启动次数计数器P2，正常情况下每天油泵启动打压次数为2—4次，如果出现油泵频繁启动打压，则要对其液压部分进行检查。断路器的操作是通过电磁操作导向阀来完成，有一个断路器合闸导向阀及两个分闸导向阀。

当断路器进行操作时，其导向阀动作接通油路，高压油与低压油产生的压差使机构动作完成合闸或分闸操作。

断路器无现地手动机械脱扣跳闸，断路器附带就地控制箱，机构和控制箱的连接电缆都配好，现场施工时非常方便，将断路器的控制回路电缆接人控制箱即可。

我站在1号发电机断路器选型时考虑了今后发电机增容改造后的电气参数的变化，使更换后的断路器满足机组增容后的运行要求。

HGI一2(S)发电机断路器在我站自投入运行15个月以来，跳合闸次数达400次，无任何故障发生。由于SF 的采用使得整个断路器的结构更趋紧凑，故障率也更低。

HGI一2(S)断路器的合闸时间是原SN4—10G断路器的十分之一，因此在机组开机并网时在较大频差下按恒定导前时间原理实现的微机准同期装置可将机组快速合闸并网，提高了机组并网的快速性和减少机组并网冲击，使发电机同期并网的质量大大提高，对调峰水电机组有利于延长发电机的运行寿命。这是采用新型HGI一2(S)发电机断路器的优点。而原SN4— 10G 断路器合闸功率大，合闸接触器易烧毁。同时造成断路器机械冲击大，使机械磨损加重机构特性变差，易引起发电机并网产生较大的冲击。

HGI一2(S)断路器的分闸时间比原SN4—10G断路器短，这有利于保护主设备的安全运行，在主设备故障情况下断路器快速动作分闸将会减轻主设备的故障损失。
　　
四、结束语

目前国内外发电机断路器的发展和应用十分迅速，发电机断路器的技术水平不断提高，开发和制造能力不断提高，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，可靠性也大大提高。在当今技术进步的形势下，我站1号发电机断路器采用ABB产HGI一2(S)型断路器的技改工作取得了成功的经验，消除了原SN4—10G发电机断路器存在的安全隐患，大大提高了1号发电机并网的快速性和可靠性，同时也提高了我站在电力系统中的安全运行水平。发电机断路器的无油化为水电站实现“无人值班”(少人值守)创造了有利的条件。

现场运行经验表明，HGI一2(S)型发电机断路器虽初期投资较大，但可以提高电站的可利用率和供电可靠性，减少停电时间，增加发电效益；减轻设备故障破坏程度，缩短其平均维修时间，提高设备的运行可靠性。

因此，在进行发电机断路器技术改造方案的技术经济分析比较时，宜全面分析合理选型，以取得电站最大的安全经济效益。