摘要：論述了真空斷路器" title="真空斷路器">真空斷路器用在中小型水電站發(fā)電機出口的可行性，同時也指出不容忽視的過電壓" title="過電壓">過電壓現象和直流分量開斷能力問題,。通過對過電壓現象產生機理和發(fā)電機出口短路電流延時過零點現象的分析,，歸納總結了目前在電站設計中常用的解決方法。
關鍵詞：中小型水電站,；真空斷路器,；過電壓；短路電流直流分量
1引言
擴大單元接線是中小型水電站較常采用的主接線形式,，要求在發(fā)電機出口必須裝設斷路器（GCB）。因此在許多中小型水電站設計中都涉及到在發(fā)電機出口裝設斷路器的問題,，部分老電站改造中也涉及增設GCB或對原有少油GCB進行設備更新,。那么，如何在設計中合理選用GCB就成為設計人員經常遇見的問題,。本文通過對真空斷路器用做GCB時出現的現象進行分析,，提出了相應的解決辦法。
2真空斷路器用在中小型水電站中的可行性
自20世紀70年代起,，真空斷路器的應用越來越廣泛,，結合中小型水電站的具體特點，真空斷路器的優(yōu)點如下：
（1）水電站大多在系統(tǒng)中擔任調峰,、調頻或事故容量備用的任務,，機組開停機頻繁。真空斷路器機械壽命長,，能滿足實際需要,。
（2）真空斷路器體積孝結構簡單且具有良好的密封性、無污染,、易維護,，因此可節(jié)省大量運行維護費用。
3真空斷路器用做GCB出現的主要問題
由于GCB的開斷條件比普通配電型斷路器的開斷條件要苛刻的多,，IEC,、IEEE及我國部標都為GCB制訂了相應的標準和技術條件。從技術性能上分析,，真空斷路器用做GCB主要存在兩個方面的問題,。
（1）操作過電壓" title="操作過電壓">操作過電壓：其主要形式是重燃過電壓。由于開關多次開合操作,，存在能量重新分配而導致的可能在某些設備上出現過電壓,。過電壓的高低與電弧重燃和熄滅的時刻有著密切的關系。真空開關觸頭剛分開的瞬間，若電弧電流恰好在過零點,，則電弧熄滅,，但此時觸頭開距小，故上升較快的恢復電壓將使間隙擊穿而重燃,，產生高頻電流,，如果高頻電流幅值大于工頻電流瞬時值，又會出現出現高頻電流過零點,，而真空斷路器具有切斷高頻電流的能力,，于是真空開關再次滅唬如此反復，在多次電弧重燃過程中斷路器觸頭間的恢復強度在增長,，同時,，重燃過電壓的幅值也在增長，形成“電壓升級”,，產生4倍以上的過電壓,，最終對電機主絕緣和匝間絕緣產生較嚴重的危害。
（2）支流分量開斷能力問題：如文獻［1］所述,，發(fā)電機提供的短路電流具有較高的直流分量,，可能產生較長的延時電流零點，這就要求GCB具有強迫短路電流盡快過零的技術性能,。直流分量的衰減取決于非周期分量時間常數" title="時間常數">時間常數Ta,。通常情況下，發(fā)電機短路電流的直流分量比交流分量衰減的慢,，因此可能出現延時電流零點,。
4防止過電壓的措施
（1）采用低截流值觸頭材料的低電涌真空斷路器，可以有效降低重燃過電壓幅值和概率,。
（2）在斷路器側加裝氧化鋅避雷器（MOA）,。
（3）在斷路器側加裝阻—容吸收器" title="吸收器">吸收器（R－C吸收器）。
（4）采用MOA和R－C并聯(lián)使用的方法,。
對于加裝MOA來限制過電壓的原理及效果大家是比較了解的,，那么R－C吸收裝置對于抑制過電壓的幅度及瞬態(tài)恢復電壓的上升陡度的效果如何呢？文獻［2］中有關發(fā)電機出口真空斷路器抑制瞬態(tài)恢復電壓EMTP仿真計算結果如下：
不加R－C吸收裝置,，瞬態(tài)恢復電壓幅值49．3kV,，斷口瞬態(tài)恢復電壓陡度4．042kV／μs；
加R－C吸收裝置,，瞬態(tài)恢復電壓幅值18．9kV,，斷口瞬態(tài)恢復電壓陡度0．472kV／μs。
從試驗結果可以看出,，如果不采用R－C吸收裝置,，則斷口瞬態(tài)恢復電壓陡度值為4．042kV／μs，不滿足GCB開斷端部短路時的系統(tǒng)源預期瞬態(tài)恢復電壓上升率為3．5kV／μs（對于發(fā)電機變壓器額定容量≤100MVA）的技術要求。而采用R－C吸收裝置,，則瞬態(tài)恢復電壓上升率降低至 0．472kV／μs,。可見采用R－C吸收裝置抑制過電壓上升陡度是行之有效的,。
R－C吸收裝置和MOA都是為了限制過電壓,。避雷器僅起限制過電壓幅度的作用，并不能緩解過電壓上升陡度,，不能在發(fā)生重燃造成過電壓時保護設備,，而R－C吸收裝置可以有效抑制過電壓上升陡度、降低重燃概率,。故合理的方法是：采MOA和R－C吸收裝置結合使用,。
5解決短路電流直流分量開斷能力的主要方法
（1）合理選擇發(fā)電機短路電流直流分量衰減時間常數Ta。
真空斷路器開斷容量大,，但發(fā)電機出口短路電流中可能包含較高比例的直流分量（往往大于周期分量幅值20％）,，并可能產生較長（100ms甚至更長）的延時電流零點，如果斷路器不具備強迫短路電流盡快過零的技術性能,，則在斷路器的固有分閘時間內，短路電流仍未過零,，也就是說,，在觸頭完全分離的一個周波內電弧電流仍然未過零，電弧不熄滅,。從而由于燃弧時間過長導致電氣設備受損,。
支路短路電流直流分量計算公式如下：
顯然Ta值愈小，則短路電流直流分量Ifz（t）值愈小,，愈有利于斷路器的開斷操作,。
式（1）中：
其中XΣ只與發(fā)電機本身結構參數決定，與短路的外界條件無關,，而RΣ是指整個短路回路的電阻之和,。
從以上分析可見：選用適當Ta值對降低直流分量數值和抑制延時電流零點很有用。
（2）設計有利于減小短路容量的主接線方案,。
（3）選用開斷電流提高1～2兩個等級的斷路器,。
可在按對稱短路電流計算選擇斷路器開斷電流的基礎上，將開斷電流值提高1～2個等級,，從而滿足真空斷路器用做GCB的非對稱開斷要求,。
6結束語
隨著真空斷路器觸頭材料及制造工藝等的改進，真空斷路器的性能較應用初期已有巨大進步,，中小型水電站采用真空斷路器作為發(fā)電機斷路器的性能優(yōu)勢是顯而易見的,。
參考文獻：
［1］王漢明．對真空斷路器用做發(fā)電機斷路器的探討［C］．2000年電氣學術交流會論文集．
［2］張萬榮．發(fā)電機出口真空斷路器瞬態(tài)恢復電壓的研究［J］．高壓電器，2000，（4）．