HECS 型斷路器在大藤峽電廠一次系統(tǒng)中的應用

李佳齊，蔡 科，藍曉丹，盧蘭衢

（廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責任公司，廣西 桂平 537226）

0 引言

大藤峽水力發(fā)電廠左岸6 號、7 號、8 號發(fā)電機出口斷路器成套設備（GCB）主要由SF6氣體斷路器，隔離開關，接地開關，沖擊保護電容器四部分構成，布置在左岸38.00 m 發(fā)電機層下游副廠房設備間內，主體成為臥式布置。GCB 至今在電廠已安全運行數(shù)千日，其高可靠性、安全性、免維護性對電廠安全運行發(fā)揮著至關重要作用。

1 概述

HECS 型斷路器的兩端分別與發(fā)電機側離相封閉母線和主變壓器側離相封閉母線內導體連接。其內部由發(fā)電機斷路器與隔離開關、接地刀閘、電容器組合在一個封閉的外殼內，外殼為剛性、合適的自撐式焊接結構[1]。外殼三相封閉相互獨立，并固定在一個支架上。每相外殼均能承受斷路器的任何可能發(fā)生的爆炸，并具有允許通過斷路器的額定電流和短路電流的載流能力。在外殼對應滅弧室處應設適當?shù)臋z修孔，只需移去活動罩就可方便地檢修所有工作部件，并有防止斷路器誤操作的機械閉鎖裝置[2]。

2 GCB 的結構組成

2.1 斷路器

斷路器的型式為戶內型、金屬封閉、SF6氣體滅弧、臥式、三相機械聯(lián)動操作。主要參數(shù)見表1。

圖1 GCB 整體

表1 斷路器重要參數(shù)

表2 液壓系統(tǒng)工作壓力

表3 GCB 沖擊保護電容器主要參數(shù)

（1）SF6氣體

每相斷路器均設有吸附劑吸收水份和SF6氣體在電弧作用下所產生的有害成分的，吸附劑的更換周期與 GCB 的檢修周期相同。斷路器的SF6氣體系統(tǒng)配備排氣閥、充氣閥和氣體取樣的閥門。每組斷路器提供一套氣體運行監(jiān)測裝置(包括氣體密度繼電器、壓力指示器和溫度指示器)，并配有報警信號、閉鎖和控制系統(tǒng)。按照要求，三相斷路器SF6氣體的年漏氣率不大于0.5%。

1）密度監(jiān)測器A 相上，通過SF6氣體管路與其它二相斷路器連通。斷路器滅弧室通過氣體密度繼電器發(fā)兩級信號(額定壓力：0.62 MPa)；

2）低氣壓報警：下降至 0.56 MPa 報警，恢復至0.58 MPa 復歸；主要用于正常狀態(tài)下的氣體泄漏，通過報警提示需要補氣；

3）低氣壓閉鎖：下降至 0.54 MPa 報警，恢復至0.56 MPa 復歸，指出氣體密度已降低到運行規(guī)定的最低絕緣水平，緊急報警并切斷斷路器分合閘回路，斷路器將不允許分、合閘。

（2）SF6氣體滅弧原理

圖2 斷路器滅弧室剖面示意圖(合閘狀態(tài))

1）結構說明：滅弧室由2 個金屬外殼和絕緣體組成， 金屬外殼起著導體的作用。滅弧室的內部充滿了額定壓力的SF6氣體，負責安全的接通和切斷回路電流。2 個觸頭系統(tǒng)(主觸頭系統(tǒng)和滅弧觸頭系統(tǒng)) 與同心安裝的配套壓氣活塞連接于內部的齒輪傳動裝置，而齒輪傳動裝置與外部的斷路器高速操動機構連接，通過斷路器操動機構帶動觸頭來實現(xiàn)電流的接通和切斷。

2）動作原理：滅弧室內的齒輪傳動裝置經(jīng)過特殊的設計后能起到以下作用：分閘時主觸頭系統(tǒng)先于滅弧觸頭系統(tǒng)分開幾毫秒，滅弧觸頭系統(tǒng)分開時所產生的電弧在交流電通過零位時瞬間被熄滅。合閘時的步驟與分閘相反，在即將接觸之時，升壓使得閉合滅弧觸頭系統(tǒng)中產生一個電弧，于是主觸頭系統(tǒng)閉合以承載全部電流。

（3）斷路器操動機構

為了降低燃弧的時間，斷路器需要在極短的時間內完成分閘或者合閘的動作過程，也就需要一個具備足夠能量且能迅速可靠動作的操動機構來驅動。我廠HECS-80M 型GCB 操動機構為彈簧儲能液壓操動機構，三相機械聯(lián)動。具備現(xiàn)地手動操作、現(xiàn)地控制柜電動操作和遠方操作的功能。操動機構在最小工作壓力時能合分1 次。操動機構具有防跳躍、防止非全相合閘、防慢分合的能力，并能防止因控制回路的電磁干擾、振動等引起的誤操作。操動機構具有同軸機械聯(lián)動的就地合分位置指示器，并裝有分、合閘操作次數(shù)計數(shù)器。操動機構的機械耐受壽命在不需要任何維修和更換部件的情況下允許斷路器分合20 000 次。操動機構設置檢修及調整用的慢速三相分合閘手動操作裝置。

每臺液壓操作機構配備自身的液壓設備，有油泵、液壓缸、控制裝置、管道和閥門等。油泵由1 臺50 Hz、直流220 V 電動機驅動。電動機和泵的容量滿足液壓缸在60 s 內從最低工作油壓打壓到最高工作油壓（48 MPa）。

液壓缸的容量（彈簧儲能）滿足在壓力下降到啟動油泵打壓之前，能進行2 次CO 操作或1 次CO－30 min－CO 循環(huán)周期操作，并滿足CO 速度的要求。操動機構設有1 套合閘線圈和2 套相同而又各自獨立的分閘線圈，無論是分別對分閘線圈激磁或同時對2 個線圈激磁，操動機構都能在額定時間內使斷路器跳閘。斷路器分、合閘線圈操作電源為直流220 V。除通常作為控制或輔助用的接點外，操動機構輔助開關還具有20 對常開和20 對常閉的備用輔助接點。輔助接點的開斷能力為DC220 V、5 A。輔助開關及二次回路的各元件能承受DC220 V、10 A。操動機構設置高低油壓報警及閉鎖裝置，配有全套油壓監(jiān)測裝置。為防止誤發(fā)信號，操動機構和斷路器的油壓報警、閉鎖整定不得重疊。在無操作的情況下，操動機構的漏油量不致使加壓泵的啟動次數(shù)每天超過2 次。操動機構箱的防護等級達到IP54。操作機構的電動機有帶熱保護元件。操動機構能在規(guī)定的電源電壓變化范圍內可靠動作。

2.2 隔離開關

隔離開關的型式為戶內、水平布置、三相機械聯(lián)動型式，并和斷路器串聯(lián)布置于分相的同一金屬封閉外殼內。隔離開關與斷路器、接地開關之間設置機械鑰匙閉鎖與電氣聯(lián)鎖。操動機構可以采用電動或者手動進行操作，三相聯(lián)動，具備遠方、現(xiàn)地兩種操作方式。在操動機構處設有機械分/合位置指示器，便于運行人員直接觀察。同時每相均設置有觀察窗，透過觀察窗可直接觀察到如圖3 所示的隔離開關觸頭狀態(tài)。操動機構裝設分、合閘位置指示燈和計數(shù)器。

圖3 隔離開關（左側為動觸頭）

圖4 接地開關

圖5 GCB 與IPB 導體軟連接

2.3 接地開關

接地開關型式為戶內、三相機械聯(lián)動，布置在斷路器的兩側。接地開關與隔離開關和斷路器之間設置機械鑰匙閉鎖與電氣聯(lián)鎖。接地開關與外殼絕緣，接地開關接地端對外殼的絕緣水平按工頻耐壓2 kV(有效值)持續(xù)時間1 min 設計。接地開關不會因運行中可能出現(xiàn)的各種力（包括由于短路而引起的力）而誤分或誤合。操作機構型式:電動和手動。操作方式: 遠方、現(xiàn)地三相聯(lián)動。操作機構均有標志明顯的機械分/合位置指示器，裝設分、合閘位置指示燈，裝設就地操作按鈕及手動操作裝置。在不檢修、不調整、不更換零部件、不拒動、不誤動的情況下，三相機械穩(wěn)定性操作次數(shù)可穩(wěn)定的≥5 000 次。

操作機構工作原理

（1）合閘：合閘回路接通，操作機構電機順時針轉動，帶減速器齒輪箱拐臂三相操作連桿，接地開關動觸頭向合閘方向運動合閘，到合閘位置后，操作機構合閘回路受微動開關控制切斷電機電源，合閘結束。

（2）分閘：分閘回路接通，操作機構電機反轉，傳動機構運動方向與合閘時相反，動觸頭向分閘方向移動分閘，當動觸頭移動到位后，操作機構分閘回路受微動開關控制切斷電機電源，分閘結束。

2.4 沖擊保護電容器

在每臺GCB 的發(fā)電機側和主變壓器側應分別設置一組沖擊保護電容器，以實現(xiàn)對恢復電壓上升率的限制。沖擊保護電容器置于GCB 單相金屬封閉外殼內，并作為GCB 整體結構的一部分。

2.5 現(xiàn)地控制柜

每臺GCB 設有1 臺現(xiàn)地控制柜。柜中包括所需的全部機械和電氣控制部件，以及與各相關設備相連接的部件?？刂乒衲軐崿F(xiàn)對斷路器、隔離開關、接地開關的遠方和現(xiàn)地操作，設有防誤操作的閉鎖?？刂乒裾嬖O有電氣操作位置模擬圖，用于指示斷路器、隔離開關、接開關觸頭的實際位置。控制柜上設置現(xiàn)地/遠方切換開關， 只有當切換開關選定在“現(xiàn)地”位置時才允許在現(xiàn)地對斷路器、隔離開關、接地開關進行分合閘操作。此外控制柜內裝有內部照明燈(由門上的碰鎖控制)、可調整溫度的加熱器(設有控制、保護及防過熱和燃燒的措施)。

2.6 GCB 與封閉母線的連接

GCB 與IPB 的外殼采用焊接連接、導體則采用15 個銅元件且每個截面積為480 mm2軟連接件連接。外殼能直接和IPB 的外殼進行全封閉式對焊連接。在完成與IPB 的連接后，GCB 保證其每相外殼密封良好，并和IPB 的每相組成一個完整的氣密封系統(tǒng)。GCB 斷路器側和隔離開關側均采用軟連接件與封閉母線導體連接，GCB 兩側與封閉母線連接的所有導體接觸面均鍍銀，鍍銀層的厚度不小于12 mm。導體螺接面的接觸電流密度不大于0.1 A/mm2。GCB 與IPB 軟連接處采用M12×35，屬性等級為8.8 的六角頭螺栓緊固。拆卸六角頭螺栓時，選用扭矩80 N·m的力矩扳手進行。開蓋檢查螺栓時必須要遵照執(zhí)行，力矩過大容易傷害螺紋反而起不到緊固作用，力矩過小在正常運行時容易受振動導致虛接發(fā)熱。

3 閉鎖和聯(lián)鎖

為了防止誤操作，斷路器、隔離開關、接地開關之間建立有嚴格閉鎖條件，設置機械鑰匙閉鎖和電氣聯(lián)鎖。對于隔離開關及接地開關的人工操作，設置操作條件，當且只有當規(guī)定的操作條件滿足后才允許進行。

在隔離開關、發(fā)電機出口接地開關、主變低壓側接地開關的操動機構處設置有專用的機械鑰匙閉鎖裝置，該裝置用于對操作方式和隔離開關(接地開關)的運行方式進行限制。每個閉鎖裝置通過對 3把分別標記“○”、“□”、“△”的閉鎖鑰匙進行適當?shù)慕M合來實現(xiàn)相應的閉鎖。

（1）將“○”、“□”標記的鑰匙插入并旋轉到位，而將“△”標記的鑰匙拔出：將隔離開關(接地刀閘)限制在分閘狀態(tài)，并禁止對其進行電動或手動操作；

（2）將“□”、“△”標記的鑰匙插入并旋轉到位，而將“○”標記的鑰匙拔出：將隔離開關(接地刀閘)限制在合閘狀態(tài)，并禁止對其進行電動或手動操作；

（3）將“○”、“□”、“△”標記的鑰匙全部插入并旋轉到位：僅允許使用專用的搖把對其進行手動操作(僅在檢修時使用)；

（4）將“○”、“△”標記的鑰匙插入并旋轉到位，而將“□”標記的鑰匙拔出：僅允許采用控制柜現(xiàn)地或者監(jiān)控系統(tǒng)遠方對其進行電動操作。

4 結語

GCB 作為電廠重要的電氣設備之一，在生產現(xiàn)場時刻扮演著重要角色，例如水輪發(fā)電機開機并網(wǎng)、解列停機、調峰調頻、故障點切除隔離等，是電廠必不可少的電氣一次設備，其強安全性、高可靠性、免維護性為電廠機組的安全穩(wěn)定運行奠定了重要的基礎[3]。本人所介紹對國內新建大中型電廠發(fā)電機出口斷路器選型、安裝布置等具有一定參考意義。