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古瓦水电站发电机出口真空断路器选型研究古瓦水电站位于四川省甘孜藏族自治州乡城县境内，为引水式电站，装机3台，单机容量67MW,采用一机一变单元接线，经升压至220kV后接入四川电网。
古瓦水电站发电厂房为地下厂房，海拔约3200m，多年平均气温14.2℃，最低气温为-14.4℃，多年平均相对湿度50%。
古瓦水电站发电机出口真空断路器装于开关柜内，布置在发电厂房的母线走廊内，开关柜采用箱形固定式交流金属封闭开关设备(高原型)，额定电压15kV。
根据发电机组的出口电压和电网系统容量，设计采用发电机出口专用真空断路器的技术参数主要为：额定电压＞15.75kV，额定电流5000A（已考虑发电机容量及高原降容系数），额定工频耐受电压(1min)值为59kV，额定雷电冲击耐受电压102kV(相对地和相间)，额定开断电流(直流分量)系统侧≥65%、发电机侧≥110%，额定短时耐受电流63kA/2s(已按系统短路容量计算校正)，额定动稳定电流及关合电流(峰值) 173kA，同时要求设备外绝缘水平须按海拔高度3200m进行绝缘距离修正。
经技术参数的筛选，满足古瓦水电站发电机出口专用真空断路器技术参数要求并通过型式试验的断路器仅有西门子3AH3723-4和施耐德VAH17-63-50两种断路器满足要求。
因此针对上述两种型号断路器进行详细比选。
两种型号断路器主要参数见表1。
1、发电机出口断路器安装于发电机与电网系统之间，作为发电机的主要保护元件。
由于发电机具有较大的电感值，在发电机出口发生短路时，断路器切断回路故障电流的瞬间需要开断较大的故障电流直流分量，因此发电机出口断路器一般均要求开断系统源侧短路电流时直流分量应在70%以上。
从表1中，西门子3AH3723-4直流分量额定值为65%，施耐德VAH17-63-50直流分量额定值为75%。
施耐德VAH17-63-50在直流分量的性能指标明显占优。
2、作为发电机出口断路器的另一主要指标即为瞬态恢复电压。
D L/T××××—水力发电厂高压电气设备选择及布置设计规范条文说明（报批稿）1 范围1.0.1 本规范是SDJ 5-1985《高压配电装置设计技术规程》和SDGJ14-1986《导体与电器选择设计规定》进行修订，修订内容较多，主要侧重水电厂高压电气设备的选择和配电装置布置。
1.0.2 本规范修订时，750kV配电装置国内的相关规范未出，因而仅适用于标称电压为3kV～500kV配电装置的设计。
3 术语和定义3.0.1 根据水电站电气设计特点，对进出线段及联络线加以定义。
4 一般规定4.0.1 根据《中华人民共和国节约能源法》及水电站可行性研究报告需有节能降耗分析章节和环境保护专题论证报告，本条款内增加了高压电气设备选择及布置设计应坚持节能降耗的原则及满足环境保护要求。
节能降耗和环境保护的相关标准和规范有较多强制性条款，设计人员应予以重视。
4.0.2 本条中的回路指国家电力系统不含的电压等级的回路，例发电机电压回路。
4.0.4污秽等级的选取，对于水电厂应考虑泄水水雾、泥雾等的影响。
4.0.5本条中的环境条件除海拔、地震、覆冰等，还应考虑水电工程的特殊环境，例如：泄水水雾、水文、地质条件等，水电工程有因水文、地质条件考虑不周，泥石流危害电气设备和厂房的事例。
根据近几年来水电站设计技术发展和制造水平的提高，对水电站开关站的选型提出应考虑的因素，以便设计方案选择合理经济。
本条款提出经济比较中宜考虑年运行费用和事故损失费用，主要考虑有些设备在使用寿命期内年运行费用和事故损失费用较大，例变压器使用寿命期30年，其运行成本为设备的5—6倍，因而根据设备运行可靠性分析年运行费用和事故损失费用可较大程度的降低综合成本，提高投资效益。
本条款对改造和扩建工程，强调了施工停电损失费用，在石泉扩机中，停电损失费用对设备选型和布置有较大影响。
混合式开关设备（H—GIS）指设备采用GIS，母线和母线连接线采用敞开式配电装置，以节省投资。
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。
发电机出口断路器的应用摘要：文章对发电机和变压器之间安装的出口断路器的主要作用进行详细介绍，并对发电机出口断路器在电厂中应用所起到的投资经济性进行分析，以供参考。
关键词：发电机；出口断路器；GCB方案1引言在我国电力工业快速发展的过程中，发电机和变压器之间进行出口断路器的加装，主要作用就是对运行操作程序进行简化，并且对二者运行中的故障范围进行控制，便于运行过程中对其进行调试和维护，对提高发电机以及变压器的运行安全具有重要作用。
但是我国前期的发电企业中很少进行出口断路器的安装，这主要是由于早期的出口断路器体积较大、噪音较高、使用寿命短、运行可靠性低、价格高等缺点，而在目前出口断路器的发展过程中，对上述问题进行有效的改善，而且在大型的发电企业中开始采用GCB方案来进行出口断路器的运行，在发挥其作用的同时，提高其应用的经济性和安全性。
2发电机断路器的主要作用2.1对发电企业用电切换和操作程序进行简化针对我国目前设有专用的启动或备用变压器的发电厂来说，在进行机组的启停以及对变压器进行故障检修等操作时都需要进行厂用电源的切换操作。
对于机组的启停操作来说，如果不进行断路器的设置，就需要进行厂用工作变压器与启动/备用变压器之间进行关联切换，但是由于二者具有不同的系统电源和阻抗值，这就会导致二者的低压侧母线之间存在初始相位差的问题，所以在上述切换过程中就会在二者的变压器之间产生环流问题，严重时环流比较大会对变压器造成损害并缩短其使用寿命，影响其安全运行。
同样在发电厂运行中出现事故进行检修时，也容易由于常用工作母线电压与启动/备用母线电压之间存在较大的相位差而造成设备损害问题，或者会由于频繁的电源切换而缩短设备的使用寿命并影响其安全运行。
而使用发电机断路器之后，在机组启停过程中，启停电源是通过主变压器倒送电至厂用工作变压器获得，因此在机组启停的过程中无需厂用电源的切换，而只有在此过程中出现了变压器故障时才进行电源切换。
1000MW机组装设发电机出口断路器（GCB）技术分析1.发电厂装设GCB的优越性1.1 有效提高发变组保护可靠性及选择性1000MW机组500kV系统出线大多数为312主接线，由于线路要求断路器具备单相重合闸的功能，其操作执行机构不能用三相联动机构，只能采用分相操作机构，此操作机构在合闸或重合闸时都可能存在非同期合闸甚至非全相运行的情况，此时产生的负序电流在发电机转子感应出工频电流，由于发电机转子承受负序磁场的能力非常有限，容易损坏。
发电机出口断路器GCB在这方面具有很大的优势，执行机构为三相联动操作机构，三相同期性高，有效避免非同期合闸的发生，而且GCB比500kV开关具有更好的快速动作特性，能够更好的保障发电机组安全。
当主变压器或高厂变出现匝间短路或者相间短路时，其故障严重程度随着故障持续时间增加，变压器内部充满变压器油用于冷却和隔绝绕组，随着故障持续时间越长，油被电弧电解产生的气体越多，对变压器造成的损害越严重。
主变压器与发电机未配置GCB，当主变压器或高厂变出现故障时，发变组保护只能跳开主变高压侧两侧开关，并无法迅速隔离主变低压侧的电源，发电机在停机灭磁过程到完全停止运行需要几秒的时间，在此期间发电机仍对变压器供电，变压器内部压力继续上升，将导致故障更加严重，甚至造成变压器爆炸起火，威胁设备及人身安全。
当机组配置GCB后，变压器故障切除隔离时间迅速减少，GCB将在60ms内跳开，同时主变高压侧两侧开关跳开，能够迅速隔离故障变压器高低压两侧的电源，显著缩短了故障持续的时间，防止事故进一步恶化。
当发电机发生内部故障或由于汽轮机打闸及锅炉MFT导致发电机解列时，配置GCB的机组在事故处理上更为简化和高效，保护跳开GCB，主变压器可以保持运行，有效减少故障范围。
若500kV主接线处于合环状态，该故障不会导致系统解环，有效保障电网系统运行可靠性。
另外，装设GCB可以简化事故处理的操作流程，减少了厂用电切换的操作环节，有效避免厂用电切换失败等扩大事故范围的情况出现，机组安全可靠性更高。
大容量发电机出口断路器选择李静【摘要】随着电力需求的高速增长,大型火力发电机组的容量由125 MW迅速向200、300、600 MW级及以上发展,成为电力系统的主力机组.如何正确选择大容量发电机出口断路器,对于不同类型的机组来说具有不同的要求.文章以道真县芙蓉江角木塘水电站工程大容量发电机出口断路器选择为例,就如何正确进行大容量发电机出口电路器选择进行了相关分析,为今后相关断路器选择提供实践技术依据.【期刊名称】《黑龙江水利科技》【年(卷),期】2013(041)009【总页数】4页(P12-15)【关键词】火力发电;大容量;发电机;出口断路器;正确选择【作者】李静【作者单位】贵州省水利水电勘测设计研究院,贵阳550000【正文语种】中文【中图分类】TM5610 引言近年来，为了迅速扭转电力紧张局面，我国许多地区均在建设超临界或超超临界的大型燃煤火力发电机组。
然而，大型发电机组先后发生过几次严重损坏事故，引起国内外人士极大的关注，大容量火电机组发电机出口断路器的选择成为了大型发电厂电气工程设计中争论较多的问题。
为取得较高的可靠性和经济性，都希望装设发电机出口断路器(GCB)，因此，正确的选择大容量发电机出口断路器具有重要意义。
1 工程概况1.1 接入电力系统方式角木塘水电站位于贵州省道真县境内，属于芙蓉江梯级开发中的电站，电站装机容量70 000 kW。
根据业主提供的重庆市电力公司“关于芙蓉江浩口、角木塘水电站接入电网意见的函”的内容，确定角木塘电站出一回110 KV线路至浩口水电站，距离为19 km，再通过浩口水电站220 KV升压站和系统相连，导线型号为LGJ—300。
1.2 电气主接线根据水文专业提供的资料，角木塘水电站装机容量2×35 000 k W，一期建成。
考虑到厂网分开的要求，故不设近区变压器。
两台主变，采用发电机—变压器组的单元接线，两台厂用变压器各自接在发电机出口母线上。
工业技术122 2015年35期发电机出口断路器的选用考虑李泉鑫山东诚信工程建设监理有限公司，山东济南 250100摘要：近年来，我国很多地方为了将电力紧张的局面迅速扭转，均在对超临界或超超临界的燃煤火力发电机组进行建设。
但是，发电机组先后发生过几次重大破损事故，引起国内外人士极大的关注，发电厂电气工程设计中不同意见的问题就是火电机组发电机出口断路器的选择。
为取得较高的经济性和可靠性，都希望装设发电机出口断路器( GCB) ，所以，正确的选择发电机出口断路器具有重要意义。
关键词：出口断路器；发电机中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)35-0122-02发电机出口断路器广泛应用于各类发电厂，如燃气轮机电厂、联合循环电厂、热电厂、水电厂以及抽水蓄能电厂等，在此我们仅讨论火电厂的应用。
发电机出口断路器的综合运行性能会直接给火电厂内其他设备的整体运行质量造成影响。
尽管发电机出口断路器在机械特点、绝缘性能以及综合电气性能等方面基本和常规式断路器一样。
但相比之下，出口断路器拥有更为严格的参数要求，考虑到发电机电感值比系统规范值大，故断路器应该具备瞬间承受巨大直流分量以及衰减时间常数的能力。
1 出口断路器优势分析在技术上加装发电机出口断路器可提高机组的安全运行可靠性，具有以下几点。
1.1 保证其安全性提高发电机和变压器保护水平，缩小故障范围。
当出现发电机内部故障时，发电机出口因加装了出口断路器，可以快速将发电机从系统中切除，而厂用分支电源因发电机的安全切除而不受任何影响，进而保证机组的安全停机。
1.2 保证系统故障时厂用电源的稳定性按常规方式，在系统发生振荡时，厂用电系统事故切换很难成功，厂用电源容易失去，事后处理比较困难。
如采用出口断路器方案，出口断路器跳闸，发电机灭磁，维持转速，厂用电不受影响，避免因系统振荡引起的长时间停机事故，缩短因系统故障的事故处理时间和简化处理程序。
水电站发电机出口及高压侧断路器的选用
杨戈秀
（新疆水利水电勘测设计研究院, 新疆乌鲁木齐 830000)
摘要：该文结合“635”水电站工程断路器的设计选型，对SF6断路器和真空断路器的性能、应注意的问题、发展趋势等因素进行了分析论证。
关键词：水电站；发电机；断路器
中图分类号：TM561.3 文献标志码：A 文章编号：1003-0867(2005)01-0020-02
1 断路器的性能
SF6断路器，是以SF6气体作为绝缘和灭弧介质的断路器。
它与油断路器相比有很多优越性，如SF6气体的化学性能极为稳定，在500℃范围内不分解，几乎不与任何金属材料发生化学反应，这使触头在高温断弧过程中没有被氧化的可能，也就没有碳化物形成，因而电气寿命较长，检修次数少(8～10年检修一次)；由于SF6的分子量较大，粘滞性小，易于对流，因而迁移能力大。
在同一负荷电流下运行，它总比其它断路器介质低几度，因而运行条件较好；在均匀电场下，它的绝缘强度比较高，是空气绝缘的2.5～3.2倍，在三个大气压下优于变压器油，同时较变压器油输入弧隙能量小，电弧直径小；由于它属于游离性质的电击穿，具有游离成弧和正弦波接近自然过零时熄弧的特征，即电流截断能力较真空断路器低，不易引起截流过电压；在断弧后，又由于介质恢复快，绝缘强度高，在外电场作用下不易引起电子崩，即不易重燃重击穿，因而切空载线路距离比较长、切电容器能力强。
真空断路器是以真空作为灭弧的绝缘介质。
这种断路器的绝缘介质，不需要特别生产和制造，只需要把灭弧室的空气抽出，使真空度达到1.33×10-2Pa以下就可以了。
真空的绝缘强度很高，是SF6气体绝缘强度的2～2.5倍，10kV真空断路器在上述真空度条件下，触头间隙为10～12mm，其耐压能力为220kV，因而它断弧能力特别强；正因为它有一定的真空度，灭弧室的空气特别稀薄，氧气的存在也就更少，在高温断弧过程中，触头被氧化的机率也就少。
因而形成的金属氧化物不多，对电气性能影响不大，因此
电气寿命也较长，检修次数少。
SF6断路器和真空断路器的共同特点是电气寿命长，检修次数很少、绝缘强度高、断弧能力很强、又是无燃无爆的安全电器。
这些优越性是空气断路器和油断路器无法相比的，所以它们已构成断路器无油化的两大支柱，在国外已普遍使用。
我国在20世纪70年代开始这方面的研制和开发，并已成批地投入电力系统运行。
它们的优越性已被人们逐渐认识和接受，并且不惜价格的昂贵竞相选用，更有些变电所淘汰了原来的少油断路器，换上了真空和SF6断路器。
这些事实充分说明，它们已构成更新换代的发展方向。
2 SF6断路器在该工程应用中存在的问题
在“635”水电站工程可研设计中，110kV侧采用户外单母线带旁路接线，断路器选用LW-110型SF6断路器，在进行初步设计时，经过反复推敲，认为SF6断路器对该工程所在地环境温度不适应，而改为SW6-110型少油断路器。
SF6断路器虽有许多优越性，但选用时还应充分注意到该气体分子量较大，密度较大，液化温度也就偏高。
它在一个大气压下(即0.1MPa)，液化温度为-62℃；在1.2MPa压力下，液化温度为0℃；一般充入断路器的SF6气体压力为0.35～0.65MPa范围(由充气时的环境温度具体确定)，其液化温度为-40℃。
为了保证SF6断路器的正常工作，制造厂家在产品说明书中明确规定其适用的环境温度为-30~+40℃。
如果运行环境温度低于-40℃时，断路器中的SF6气体将出现液化。
由此引起体积减小，压力降低，粘滞性增大，绝缘强度和灭弧能力下降。
这样，将无法保证SF6断路器的正常工作。
在我国绝大部分地区，是能够保证SF6断路器温度条件的，但对极少数，极个别的高寒地区，选用它需慎重。
根据本工程所在地的气象资料，其极端最低温度为-42.5℃。
这对SF6断路器而言，是不适应的。
特别是在该工程主接线上有一台旁路断路器，其工作特点是长期处于冷备用，只有在线路断路器故障或检修时，旁路才能替代它投入运行。
而水电站计划检修时间一般都安排在枯水运行方式的冬季，若这时的环境温度在-40℃以下，能否保证旁路断路器的正常投运呢，这不能不令人忧虑。
为保证SF6断路器在严寒条件下能正常工作，可人为地改变SF6气体的运行条件，如在低于-25℃时，采用自动投入电加热措施。
应该承认，按既定温度自动投入电加热并不困难，困难的是在哪里加热?如果在瓷绝缘外加热，那是隔靴搔痒无济于事，弄不好还会因温度内应力导致瓷件破裂。
如果在瓷绝缘内加热，就存在110kV/对地电压的绝缘配合问题，搞不好会造成对地短路。
也许上述问题不像我们想得那样复杂，但这终究是制造厂家完善SF6断路器的一个课题。
根据高寒-40.5℃的实际情况，我们在“635”水电站工程的初设中，将LW-110型SF6断路器改用SW6-110型少油断路器，并要求该工程户外电器用绝缘油，只能是50号，即保证在-50℃条件下能正常运行。
3 真空断路器应用在发电机出口存在的问题
在“635”水电站工程可研设计中，发电机电压10.5kV侧为扩大单元接线，断路器选用ZN-10型真空断路器。
在进行初步设计时，我们经过反复研究后，决定改用LN2-10型SF6断路器。
这一改型的基本原因是真空断路器的复合过电压问题。
真空断路器的起弧和灭弧性质与其它介质大为不同。
如空气、绝缘油、SF6等的电击穿，是由于触头间隙的电子在电场作用下高速定向运动，与介质中的大量分子碰撞，产生出很多电子和离子，这些电子和离子在电场作用下继续碰撞，于是在介质中形成放电通道，即这种起弧属于碰撞游离性质的电击穿。
它们熄弧的共同特点是在正弦波上接近自然过零时熄灭，并由于触头距离的增大和介质绝缘强度的恢复，使其不再起弧。
而真空断路器的真空度比较高，很少有电子存在，即使有个别电子在电场作用下也高速定向运动，但真空中的分子太少，发生碰撞的机会太少，因而诱发不了游离性质的电击穿。
所以真空断路器的起弧只能是在触头间隙较小，电场极强，电场强度以破坏介质绝缘的情况下才能出现。
它的熄弧是在触头间隙增大，介质绝缘强度增大，电场强度不足以维持击穿状态时，电弧被强行熄灭。
这种强行熄弧，被称为电流截断。
所有断路器都有一定电流截断能力，截流水平也差不多，但在同样电流截断值条件下，真空断路器出现截流过电压概率要高很多，造成的危害也较为常见。
其原因有待进一步研究，但更重要的是截流过电压往往引发重燃过电压，构成复合过电压。
在
发生截流过电压过程中，如果电流截断值是Id，则储存在负荷电感L中的磁场能量为： AI = LI d / 2
若此瞬间的线路电压值是Uc，则储存在回路电场C中的电场能量为：
Ac = CU d / 2
储存在负荷中的总能量SA = AI + Ac = (LI d + CU d )/2
电流截断后，磁场能总要释放出来对C充电，另一瞬间电场能又要转化为磁场能，这就形成了高频振荡，振荡频率决定于波阻抗L/C，一般在kHz级。
断路器触头间隙在工频电压U基础上，复加了高频电压Ucm。
Ucm = (I d×L/C + U2)1/2
由上式可见，高频电压值与电流截断值有关，截断电流值越大，高频电压值就越高。
对于真空断路器来说，一般是所在电网额定电压的两倍多。
它可能导致断路器重击穿。
重击穿使电弧重燃并引起重燃过电压，比截流过电压的幅值更高，频率更高，波头更陡，使电机绕组引线入口附近匝间绝缘受到严重威胁。
沙特美国石油公司29台13.2kV、15MW电机用真空断路器操作，10年中有23台出现过匝间绝缘被击穿。
发电机是电力系统的心脏，其匝间绝缘相对比较薄弱。
当然这并不是说用真空断路器，发电机匝间绝缘必然击穿。
但过电压的积累效应，促使绝缘老化，使发电机的电寿命缩短。
因此，在该工程设计中，我们将发电机出口柜内真空断路器改为柜内SF6断路器。
通过近两年的运行，发电机出口SF6断路器及高压侧户外少油断路器经受了发生在2000年底，2001年初历史最低温度-42.6℃的考验，均运行正常。
