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MQGV出口断路器成套装置

时间：2023-02-16 浏览：2090

MQGV系列真空并联高速发電(diàn)机出口断路器是一种以单相MQV“涡流驱动”快速真空断路器串联均流電(diàn)感為(wèi)支路单元的、通过并联形式组成的、内置相控技术的大容量发電(diàn)机出口开关组合電(diàn)器。

一、发電(diàn)机断路器简述

1、加装发電(diàn)机断路器的好处

发電(diàn)机断路器（Generator Circuit Breaker，以下简称GCB），也称其為(wèi)发電(diàn)机出口断路器，是直接连接在发電(diàn)机主回路中的断路器，位于发電(diàn)机与厂用(yòng)分(fēn)支节点之间。发電(diàn)机出口加装GCB以后，对整个電(diàn)气系统有(yǒu)以下好处：

（一）、保护发電(diàn)机

在发電(diàn)机出口发生非对称短路或承受不平衡负荷时，GCB可(kě)以迅速切除故障，防止发電(diàn)机遭受损坏。发電(diàn)机带不平衡负荷运行、外部或内部发生非对称短路时，转子本體(tǐ)表面将感应出两倍工频涡流，在转子中引起附加发热。同时，两倍工频的交变電(diàn)磁转矩使机组产生倍频振动，引起金属疲劳和机械损伤。

（二）、保护主变和高压厂用(yòng)变

采用(yòng)GCB后，不论是发生操作故障或系统振荡时，还是发電(diàn)机、变压器内部发生故障时，都可(kě)以提高其保护功能(néng)的选择性，从而提高机组安全运行的可(kě)靠性。

在发生操作故障或系统振荡时，只需要能(néng)迅速断开GCB即可(kě)，而不用(yòng)切换厂用(yòng)電(diàn)源。故障消失后，发電(diàn)机与電(diàn)网之间可(kě)以通过GCB快速恢复连接并网，避免了由于厂用(yòng)電(diàn)源的切换故障造成全厂停電(diàn)事故。

当发電(diàn)机内部发生故障时，可(kě)以在不切换厂用(yòng)電(diàn)源的情况下，切除有(yǒu)故障的发電(diàn)机，保证了发電(diàn)机有(yǒu)选择地进行保护跳闸，简化了保护方式的接線(xiàn)，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(yòng)電(diàn)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(yǒu)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（几十毫秒(miǎo)）相对发電(diàn)机灭磁的时间（数秒(miǎo)）要快得多(duō)，大大减小(xiǎo)了故障電(diàn)流对变压器的危害程度，有(yǒu)利于缩短维修时间，减少直接和间接经济损失，可(kě)提高電(diàn)厂可(kě)用(yòng)率0.7%~1%。

（三）、可(kě)省去启备变，简化厂用(yòng)電(diàn)源切换操作程序

安装GCB后，机组启停電(diàn)源可(kě)经过主变倒送至厂用(yòng)变，可(kě)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(yǒu)GCB时厂用(yòng)電(diàn)源切换的操作程序，降低了运行难度，提高了系统的可(kě)靠性。

（四）、提高机组保护的选择性

当发電(diàn)机发生内部故障时，GCB迅速跳闸，使发電(diàn)机与電(diàn)网隔离，而不必连主变压器一并切除，停机厂用(yòng)電(diàn)源仍可(kě)由系统通过主变压器倒送，从而避免了厂用(yòng)電(diàn)源系统的事故切换，这样减轻了运行人员的压力，為(wèi)迅速处理(lǐ)故障创造了条件。

避免高压厂用(yòng)電(diàn)源的切换，简化了厂用(yòng)電(diàn)源的控制和保护接線(xiàn)，从而提高厂用(yòng)電(diàn)系统的可(kě)靠性。发電(diàn)机出口装设GCB使发電(diàn)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(yòng)電(diàn)源均由系统通过主变压器供给，而无需厂用(yòng)電(diàn)源的切换。

机组并网或停机只需通过GCB就可(kě)完成，缩短了机组起动时间，对電(diàn)动机的電(diàn)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。

（五）、简化了同期操作顺序

采用(yòng)高压断路器进行并网操作的同时，断路器将会承受電(diàn)压应力，在外部绝缘受到污染情况下，这些電(diàn)压应力可(kě)以造成断路器外部绝缘的闪络，当同期操作在发電(diàn)机的等级进行时，对高压断路器的電(diàn)压应力便会消失。利用(yòng)GCB进行同期操作，比较的是GCB两侧的同级電(diàn)压，使得同期操作更加简便可(kě)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(kě)靠。

（六）、方便试验、调试

采用(yòng)GCB将发電(diàn)机和变压器分(fēn)割為(wèi)两个部分(fēn)，因此可(kě)以进行分(fēn)组逐级调试、试验，当厂用(yòng)電(diàn)源由主变提供时，发電(diàn)机可(kě)以在欠励条件下进行调试、试验和测试工作。由GCB实现这种实體(tǐ)分(fēn)隔对发電(diàn)机和变压器的调试和维护检修提供了很(hěn)大的方便，也為(wèi)了電(diàn)机进行的短路试验工作提供了便利条件。

2、GCB参数的特殊性及要求

GCB与一般的输配電(diàn)断路器相比，由于其在電(diàn)网中所处位置的不同，保护的对象也不一样，在许多(duō)方面要满足特殊的一些要求。主要分(fēn)以下三方面。

（一）、额定值

GCB由于位于发電(diàn)机的出口端，要求承载的额定電(diàn)流為(wèi)5kA至20kA以上，所要开断的短路電(diàn)流也特别大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出同等级输配電(diàn)断路器。

（二）、开断性能(néng)

GCB应具有(yǒu)开断非对称短路電(diàn)流的能(néng)力，其直流分(fēn)量衰减时间可(kě)达200多(duō)毫秒(miǎo)，峰值最大為(wèi)额定短路开断電(diàn)流的2.74倍，短路電(diàn)流失零可(kě)長(cháng)达130多(duō)毫秒(miǎo)，这对真空灭弧室来说，要在短时间内实现快速开断，是一个极大的挑战。

（三）、瞬态恢复電(diàn)压

因為(wèi)GCB的瞬态恢复電(diàn)压（TRV）是由发電(diàn)机和升压变压器的参数决定的，而非系统决定，所以其TRV上升率取决于发電(diàn)机和变压器的容量等级。等级越高，瞬态恢复電(diàn)压上升的越快，其数量级為(wèi)kV/us。

对于发電(diàn)机出口端的真空GCB来说，由于开断条件比普通配電(diàn)型断路器的开断条件要苛刻很(hěn)多(duō)，所以GBT14824-2008《高压交流发電(diàn)机断路器》為(wèi)GCB制定了相应的标准和技术条件。

3、现有(yǒu)GCB应用(yòng)情况及不足

由于采用(yòng)GCB有(yǒu)以上诸多(duō)优点，國(guó)外早就广泛地应用(yòng)于100MW到1300MW的发電(diàn)机出口保护中。

我國(guó)在发電(diàn)机出口是否加装GCB的问题考虑上，从《火力发電(diàn)厂设计技术规程》

（简称“大火规”）的编制和修改中可(kě)以看出，其观点在逐渐改变：

1984年版的“大火规”中明确规定，“容量為(wèi)200MW及以上的发電(diàn)机与双卷变压器為(wèi)单元连接时，在发電(diàn)机与变压器之间不应装设断路器。”

1994年版的“大火规”中规定，“容量為(wèi)600MW的机组，当升高電(diàn)压仅有(yǒu)330kV及以上一级電(diàn)压，且技术经济合理(lǐ)时，可(kě)装设发電(diàn)机出口断路器或负荷开关。”

2000年版的“大火规”中进一步改為(wèi)，“技术经济合理(lǐ)时，容量為(wèi)600MW机组的发電(diàn)机出口可(kě)装设断路器或负荷开关。”

进入90年代，國(guó)内的一些大型電(diàn)厂如盘山(shān)電(diàn)厂、沙角C電(diàn)厂、上海外高桥電(diàn)厂，广东台山(shān)電(diàn)厂等大型電(diàn)厂安装了國(guó)外品牌的GCB，主要有(yǒu)ABB，GEC-ALSTHOM，MITSUBISHI，BBC等公司生产的SF6式GCB。

近些年，一些中小(xiǎo)型電(diàn)站在改造时也提出安装GCB的要求。真空式GCB以其优越的性价比和环保性逐渐成為(wèi)中小(xiǎo)容量的主力。北京北开電(diàn)气有(yǒu)限公司推出了ZN口一12/T5000-63型真空GCB，已于2003年通过型式试验投入生产。

二、MQGV系列发電(diàn)机出口断路器成套装置介绍

1、回路简介

MOGV系列真空并联高速发電(diàn)机出口断路器是一种以单相MQV“涡流驱动”快速真空断路器串联均流電(diàn)感為(wèi)支路单元的、通过并联形式组成的、内置相控技术的大容量发電(diàn)机出口开关组合電(diàn)器。

MOGV具有(yǒu)以下特点：

一、通过串联均流電(diàn)感，各并联单元间均流系数高，不小(xiǎo)于95%；

二、采用(yòng)“涡流驱动”永磁操动机构，各并联单元的分(fēn)闸时间分(fēn)散度小(xiǎo)，不大于0.2ms；

三、具有(yǒu)选相（線(xiàn)）控制分(fēn)闸功能(néng)，有(yǒu)效避免短路電(diàn)流“失零”的矛盾；

四、具有(yǒu)電(diàn)流相（角）控制分(fēn)闸功能(néng)，有(yǒu)效提高電(diàn)流过零前灭弧室开距。

如下图所示，MQGV系列发電(diàn)机断路器（虚線(xiàn)框内）经K1、K2串接在回路中。其中MQGV真空断路器是以安徽明清電(diàn)力科(kē)技公司制造的MQV系列“涡流驱动”快速断路器為(wèi)主要元件的并整合了短路電(diàn)流快速判断的测控装置的组合電(diàn)器。正常运行时MQGV真空断路器处于合闸状态，承受发電(diàn)机出口额定電(diàn)流，仅在回路发生短路时快速分(fēn)闸，断开发電(diàn)机组与升压变的连接，保护发電(diàn)机组。

2、控制系统简介

MOGV控制系统包括中继控制器和三个分(fēn)相控制器，其中中继控制器装在现场操作柜中，分(fēn)相控制器分(fēn)别内置在各相换流器内。

分(fēn)相控制器独立控制各相断路器单元，中继控制器通过光纤与各分(fēn)相控制器联络，显示各相断路器状态信息并可(kě)维护定值，还提供数据接口和信号节点与中控室计算机管理(lǐ)系统通信。

3、工作逻辑

（一）、正常运行期间

MOGV处于合闸位，断路器承载線(xiàn)路工作電(diàn)流。

（二）、線(xiàn)路发生短路故障时

当且仅当分(fēn)相控制器通过罗克CT信号检出了超过MOGV启动定值的短路電(diàn)流时命令MQGV及时分(fēn)闸，切断故障電(diàn)流，保护发電(diàn)机。

（三）、短路故障排除情况

当确定短路故障排除以后，控制器发出合闸信号，对断路器进行合闸操作，实现发電(diàn)机故障排除之后的重新(xīn)并网。

4、核心元件一MQV“涡流驱动”快速断路器

（一）总则

MQV系列“涡流驱动”快速断路器是安徽明清電(diàn)力科(kē)技公司制造的一种電(diàn)容器储能(néng)、涡流盘驱动、永磁保持、直动式的快速永磁真空断路器，机械分(fēn)闸时间小(xiǎo)于5ms、最大开断電(diàn)流不小(xiǎo)于80kA CO100次；该装置已通过了西高所

“型式试验”和“大電(diàn)流开断性能(néng)试验”。“速度快”和“开断能(néng)力强”，是开关型限流器所用(yòng)断路器必须具备的两个重要指标！

（二）“涡流驱动”机构

如下图，為(wèi)MOV开关“涡流驱动”机构和電(diàn)路原理(lǐ)示意图。

（三）标准

MQV快速断路器符合GB1984-2003、JB/T3855-2008以及其他(tā)相关标准。该快速断路器通过了以下各种试验，可(kě)保证在正常安装条件下安全可(kě)靠地工作。

型式试验：

温升、机械特性和操作（1万次）、工频耐压、雷電(diàn)冲击耐压、震荡波抗扰度、電(diàn)快速瞬变脉动群抗扰度、冲击電(diàn)压、开断关合能(néng)力试验前后机械特性、短时耐受電(diàn)流和峰值耐受電(diàn)流、出線(xiàn)端短路开断试验、异相接地故障开断能(néng)力试验。

性能(néng)试验：

MQV-12/1600-40的型式试验试品完成40kA CO100次后，未经检修，继续进行80kA電(diàn)烧损及开断CO20次的开断能(néng)力试验、MQV-12/5000-80试品80KA下CO100次开断能(néng)力试验。

出厂试验：

主回路工频耐压试验、辅助和控制回路绝缘性能(néng)、主回路電(diàn)阻测量、1：1模拟现场最大短路電(diàn)流开断试验。

（四）指标特点及行业同类对比

MOV快速断路器采用(yòng)了“涡流驱动”的直动式机构，性能(néng)指标明显优于其他(tā)类型的真空断路器，见下表。

5、MQV“涡流驱动”快速真空断路器的并联技术

（一）额定工况下并联支路的均流

并联结构中，每极阻抗若以灭弧室接触電(diàn)阻為(wèi)主，即使小(xiǎo)到10*Q数量级，但其分(fēn)散度也会达到50%以上，不利于各极之间均流，因此，应在各极支路中增加均流電(diàn)感，以淹没直流阻抗的分(fēn)散度，将极间阻抗分(fēn)散度降低，在提高均流系数的同时，并不增加并联支路的有(yǒu)功损耗，确保并联各极可(kě)靠运行。

（二）分(fēn)闸时机的相角控技术是并联开断大電(diàn)流的技术保障

并联开断失败的原因是随机性的分(fēn)闸命令造成末开极开距不充分(fēn)而重燃。因此，应在合理(lǐ)的分(fēn)闸时机范围内发出分(fēn)闸指令，确保末开极電(diàn)流过零时的充分(fēn)开距，达到由多(duō)极共同分(fēn)担开断大電(diàn)流的目的。

（三）并联方式分(fēn)类

A、多(duō)台三相开关并联

这种组合電(diàn)器為(wèi)多(duō)台三相开关通过导線(xiàn)实现各相并联联接，适合大额定電(diàn)流且小(xiǎo)开断電(diàn)流需求的场合，并联目的旨在解决额定電(diàn)流的分(fēn)担，因此，并联时，需要着重控制均流電(diàn)感即可(kě)。

B、各相多(duō)灭弧室并联

这种并联方式根据操动机构的设置，可(kě)分(fēn)為(wèi)单相单机构并联和单相多(duō)机构并联方式。a、每相单机构。此种并联方式适用(yòng)三极或两极并联，可(kě)沿用(yòng)目前成熟的断路器操动机构，将MOV真空断路器的灭弧室并联作為(wèi)并联断路器的一相，并联灭弧室之间的同期性由机械结构保障，三相需要分(fēn)别操动，实现三相合闸的同期性要求。b、每相多(duō)机构。此种并联方式以一只灭弧室配一套操动机构為(wèi)一个断路器基本单元，实现三相多(duō)极并联，适用(yòng)三极以上的并联方式，可(kě)针对大额定電(diàn)流和大开断電(diàn)流进行任意组合，对操动机构的固有(yǒu)动作时间分(fēn)散度和控制精度即相控技术的要求较高。

（四）真空并联断路器的指标

额定電(diàn)流开断電(diàn)流并联极数均流系数

单极额定電(diàn)流单极开断電(diàn)流合闸相间同期

分(fēn)闸并联极间同期

相控

6、分(fēn)相控制器

断路器在开断三相短路故障时，電(diàn)流首先过零的一相称之為(wèi)首开相。开断三相短路故障的关键在于首开相，首开相顺利熄弧，其他(tā)两相均能(néng)顺利熄弧，但燃弧时间比首开相时间長(cháng)，会产生烧损严重情况。因此，三相选相（选首开相别、选开断相角）开断，可(kě)顺利完成故障電(diàn)流的开断，也可(kě)减少真空开关的烧损。

分(fēn)相控制器通过特殊算法，对短路電(diàn)流信号进行处理(lǐ)，可(kě)在2ms左右计算出短路電(diàn)流的周期分(fēn)量、非周期分(fēn)量、短路周期角，迅速判断出首开相的相别，并结合断路器的机械故有(yǒu)分(fēn)闸时间做出适当的延时，控制断路器在短路電(diàn)流过零前分(fēn)闸。

7、型号命名