真空斷路器作為中壓配電的主要產(chǎn)品，品牌、廠家眾多。而隨著小型發(fā)電機的廣泛使用，IEEE/IEC/GB標準也對小型發(fā)電機使用發(fā)電機斷路器的嚴苛要求進行了參數(shù)、試驗定義，按照標準通過了型式試驗的真空斷路器滿足發(fā)電機出口真空斷路器的嚴苛使用要求，并且真空斷路器體積小，重量輕，抽出式安裝于金屬鎧裝開關設備中，可以實現(xiàn)對發(fā)電機和升壓變系統(tǒng)的保護，同時具有操作、安裝、維護方便，可快速組裝、移動的特點，價格低廉，優(yōu)勢明顯。
1. 引言：隨著節(jié)能、環(huán)保要求的日益提高，天然氣、水力發(fā)電、聯(lián)合循環(huán)工廠等新能源發(fā)電越來越多，這些小型發(fā)電機的容量一般小于100MVA，額定電流在5000A及以下。使用傳統(tǒng)的SF6發(fā)電機斷路器體積、重量、價格等不適用于小型發(fā)電機的要求，而一般配電真空斷路器并不能隨便用于發(fā)電機和升壓變保護。
2. 發(fā)電機短路器的標準及參數(shù)要求
1997年，IEEE制定了名為“ C37.013-1997，交流高壓發(fā)電機斷路器的IEEE標準”的標準。該標準的目的是考慮發(fā)電機斷路器所需的嚴格操作能力下的參數(shù)。適用于中央電站發(fā)電機額定電流為6300安培及以上，通常是帶有液壓操作器固定安裝的SF6絕緣斷路器。近年來，越來越多的小型發(fā)電機被使用，額定電流范圍在1200安培至6000安培之間。大型發(fā)電機所需的許多相同的嚴格耐受參數(shù)，也適用于小型發(fā)電機，IEEE一直在準備C37.013的補充，特別是針對100 MVA范圍的小型發(fā)電機的斷路器。IEC和IEEE在2015年聯(lián)合發(fā)布了IEC/IEEE62271-37-013交流發(fā)電機斷路器標準,該標準是IEC 62271的一部分，適用于室內(nèi)或室外安裝，額定電壓1 kV到38 kV，額定頻率50 Hz和60 Hz，安裝在額定值為10 MVA及以上的發(fā)電機與升壓變之間的發(fā)電機斷路器。發(fā)電機額定小于10 MVA的回路和抽水蓄能裝置被認為是特殊的，應用程序及其要求未完全包含在該標準中。GB/T14824-2008標準是采用IEEE C37.013:1997標準進行全面修訂的，適用于安裝在發(fā)電機和升壓變之間所有的高壓交流發(fā)電機斷路器。
區(qū)別于一般配電斷路器，發(fā)電機斷路器主要有以下嚴格使用要求：
圖1 發(fā)電機系統(tǒng)短路故障
系統(tǒng)源故障短路電流：參照圖1的單線表示法，在安全開斷電源中的短路故障方面存在重要問題。配電電路斷路器通常無法處理的發(fā)電機電路。在系統(tǒng)源故障中，發(fā)電機斷路器必須開斷通常很高的系統(tǒng)源貢獻的短路電流，由于變壓器和連接母線的阻抗不受限制。斷路器不僅要開斷對稱短路電流，但通常很高的直流分量百分比會迫使產(chǎn)生更高的不對稱短路值。例如，假設直流分量為75％，使用公式It = SqRt（2x％DC x％DC + 1）x I計算，則50 kA的對稱故障將導致70kA非對稱故障，發(fā)電機斷路器必須能夠安全開斷。
發(fā)電機源故障短路電流：由于系統(tǒng)“電流延遲過零” 的效果，安全開斷故障電流的問題變得更加復雜，這是由于系統(tǒng)的X / R（電感與電阻）比率過高導致的，短路電流的不對稱分量超過100％。這種很高的直流分量的作用是導致第一個過零點被延遲幾個周期。由于斷路器是依靠電流過零點來開斷短路電流的，這種過零時間的延遲要求斷路器要足夠堅固，以承受更長時間的電弧，電氣，機械和熱應力作用在斷路器上的額外
失步開斷、關合功能：斷路器還必須承受可能發(fā)生的失步開斷。同步性差，或者發(fā)電機和線路之間電壓和頻率的不同步時的意外閉合。
較高的絕緣能力：發(fā)電機電壓可能會發(fā)生變化，并且隨著斷路器的斷開而加速。這可能會在斷路器上施加高達額定電壓2.5倍的電壓。因此，C37.013要求額定電壓15-17.5kV發(fā)電機斷路器雷電沖擊電壓110kV，工頻額定50kV，比配電斷路器要求高，對于15kV及以下的發(fā)電機斷路器，則耐壓值相同。
瞬態(tài)恢復電壓（TRV）。在觸頭開斷的瞬間，整個滅弧室觸頭間隙的介電強度減小到最小，在整個觸頭間隙上產(chǎn)生的電壓高達線對線電壓的兩倍。這稱為瞬態(tài)恢復電壓。特別是對于發(fā)電機，此TRV在3.5 kV至4.0 kV /微秒的范圍內(nèi)會迅速出現(xiàn)峰值，發(fā)電機斷路器必須承受該TRV的上升速率，并嘗試在第一個電流過零時開斷電流。TRV的上升率以RRRV計量，配電斷路器的RRRV只有0.4kV至1 kV /微秒。
3. 典型真空發(fā)電機斷路器的試驗參數(shù)
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注:本文發(fā)表于2020年第十期《高壓開關行業(yè)通訊》，及中國電工技術協(xié)會《2020年論文集》
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