(3)装设发电机断路器后,电站同期可不在变压器高压侧进行,而由发电机断路器完成。220kVGIS断路器不是三相联动,同期操作中有发生单相或两相拒动的可能,而发电机断路器为三相联动,相间分合闸不同期时间极小,不会发生单相或两相拒动的故障,且同期时只需要预先操作1组13.8kV隔离开关后即可实行同期操作,操作的设备少,有效减少了误操作的机率。另外,GIS高压断路器的机械寿命为分、合闸总循环次数5 000次不检修及更换零部件,而按照《户内型发电机断路器订货技术条件》(DL427-91)规定,频繁操作型发电机断路器(如ABB公司生产的HEC型),其不检修总操作次数高达10000次。由此可见,发电机断路器更适合频繁操作的运行要求。
综上所述,每台发电机出口处均装设发电机断路器对电站的安全运行十分有利,通过国际竞争招标,最后确定发电机断路器为瑞士ABB公司提供的HECS-80M型SF6发电机断路器中标。虽然每台发电机断路器价格为30万美元,一次投资较大,但当主变压器、高压厂用变压器或离相封闭母线故障时,装设发电机断路器具有减少扩大事故范围,缩短检修时间,有利于电站的稳定可靠运行,提高整体运行可用率和经济效益等显著技术优势。
2.2 厂用分支回路保护方式
根据百色电站三相短路电流计算结果显示,发电机出口厂用电分支回路处短路电流是系统与发电机提供的短路电流之和,达102kA,大大超出以往常用的SN4型少油断路器的开断电流,采用进口的SF6断路器进行保护不但价格贵,而且体积大,在百色电站这样的地下电站内设备的布置困难,初步设计阶段采用在厂用变压器高压侧真空断路器前串联限流电抗器来限制短路电流,装设真空断路器对厂用变压器进行短路保护的方式,但这种接线方式也存在设备布置和安装的难度和工作量大、运行时电能损耗和噪音较大的问题。
招标设计阶段,参考目前国内同类型工程的成功实例,设计采用大容量高压限流熔断器组合保护装置作为厂用变压器高压侧的保护,该设备能够快速有效开断短路电流,主要由真空或SF6负荷开关、限流熔断器和高能氧化锌电阻组成,三者的控制和保护功能十分明确,利用真空或SF6负荷开关切除额定电流和一般过载电流,减轻其负担,延长其使用寿命和检修周期;利用限流熔断器的快速性在第一个半波内短路电流未升高前强制性地切断短路电流(2ms以内,此时短路电流只上升到预期值的1/7~1/8),使短路电流无法升高至预期的峰值,避免发电机、变压器发电机母线和厂用变压器遭受强大的峰值短路电流的冲击。同时由于熔断器的快速性和限流性是由其物理特性决定,因此不存在机械拒动发生,因此可靠性高;利用高能氧化锌电阻的限压性和移能性实现快速灭弧以限制由于熔断器截流产生的弧压,保护设备的绝缘安全,同时弧压亦将电流迫入氧化锌电阻中快速衰减。
招标文件中要求限流熔断器组合保护装置与离相封闭母线配套采用单相式结构,配置单相式SF6负荷开关,其额定电流1250A,额定开断电流31.5kA。为确保厂用变低压侧短路时,限流熔断器正确动作,限流熔断器的额定电流选择为250A。电气主接线见图1。
2.3 发电机中性点接地方式
初步设计时发电机中性点采用消弧线圈接地方式,原设计理念是当发电机定子绕组发生单相接地故障时,发电机电压回路对地电容电流超过规定的2A时,采用消弧线圈进行欠补偿,使发电机单相接地电流降至规定值,可带单相接地故障运行2h,以往在电力系统装机容量不足、单机容量占系统容量比例较大的情况下,且当发电机容量不超过200MW一般采用此接地方式。
在招标设计阶段,根据投标单位的建议,设计对发电机的中性点接地方式重新进行优化,决定采用中性点经接地变压器(高电阻)接地,其优点为:目前电力系统容量已较大,切除像百色水电站的中型装机容量的机组(单机容量不超过系统容量的3%),对电网的稳定运行一般不会造成重大影响;且当发电机发生故障时通过接地变压器接地,保护瞬时跳闸停机,一方面可限制其过电压不超过2.6倍额定相电压,对发电机的中性点绝缘水平要求可适当降低;另一方面,利用接地变压器高电阻的损耗作用,可限制机组最大单相接地故障电流不超过10A,避免因故障持续时间长导致定子绕组绝缘受损,扩大发电机故障范围。同时,采用接地变压器接地方式增大了回路的阻尼率,对过电压的幅值及陡度均明显削 弱,避免产生谐振过电压,破坏发电机的绝缘。
