1工程概况
喜河水电厂位于汉江上游陕西省石泉县喜河镇附近，距上游石泉水电站46km，距下游安康水电站约150km。电站安装3台60MW机组，建成后，将担负陕西省电网部分调峰、填谷和事故备用任务。年发电量为4.94亿kWh，年利用小时数2710h。
喜河水电厂发电机、变压器采用“一机一变”的单元接线形式，在主变高压侧将三组单元接线联合后接入330kV系统。发电机同变压器之间设有出口断路器。断路器柜及配套PT柜、避雷器柜、厂用分支柜并排布置在对应于各自机组段的厂房下游侧的10.5kV母线室内，通过共箱母线分别与发电机及主变压器实现连接。发电机电压回路接线详见附图一、发电机电压回路设备布置详见附图二。
原发电机出口断路器采用真空断路器。发电机出口断路器及柜体主要参数如下：
2改造设计方案提出的背景
发电机出口断路器布置在母线层下游侧副厂房室内，室内环境较为密闭，所安装通风设备不能有效降低室内环境温度。而断路器本身发热量大，满负荷运行时其断路器柜体外壳温度都超过50℃，内部触头温度经过贴温片测量已超过100℃。根据投产近五年运行发现，该真空断路器在运行中发热量大，以至触头表面出现过热氧化现象。当夏天机组满发，断路器在较高的环境温度下运行时，其发热现象更为突出，造成设备运行隐患，制约机组出力，在运行中极易产生隐患或造成事故，影响设备安全和经济运行。
2.1真空断路器在运行中出现的问题
1)三台断路器在2007年频繁出现并网合闸不成功现象。
2)发电机出口断路器进线柜与断路器本体柜设计部合理，散热不理想，发热严重。
3)断路器投运有近五年时间，在运行中，易过热。停机时，产生操作过电压。一号发电机出口开关于2010年04月将A、C两相真空泡击穿。三号发电机出口开关于2009年11月将A、C两相真空泡击穿。又于2010年10月将A、C两相真空泡击穿。
2.2 标书参数：
如下表：
1）从上表中数据及设备评标时厂家提供的试验报告来看均超过了设计计算要求的参数，但实际运行过程中频繁发生并网合闸不成功及设备过热等情况。
2）综上所述，发电机出口断路器自身产品质量问题是造成多次故障的主要原因。
3改造选型设计
喜河水电厂是陕西南部330kV电网系统的重要电源支撑点，在该系统中占有重要作用，因此设备选择坚持“可靠性高、技术先进、经济合理”的原则。
3.1 断路器型式选择
通过调研，目前水电厂发电机出口断路器主要采用SF6断路器和真空断路器两种型式，优缺点如下。
1)真空断路器用作配电断路器，已经具有成熟的运行经验和理想的的运行记录。但作为发 电机的主回路开关，主要存在两方面的问题：一是过电压问题，二是直流分量的开断能力的问题。
2)真空断路器因灭弧是处于真空状态，无法对流散热，触头的载流量热量只能以热传导式散热，从目前出现散热条件及触头抗熔焊的技术看，每个真空灭弧室触头载流量很难超过5000A，故真空发电机断路器更适合于中小工作电流场所使用。
3)真空断路器的主要长处是价格低廉，结构简单，维护容易，寿命长，体积小。但真空断路器开断高压电机时会产生较高的过电压，对电机的主绝缘和匝间绝缘均会产生较严重的危害。当采用避雷器保护室，可以降低过电压幅值，但对限制电压的上升速率和抑制电弧重燃没有明显的作用，而SF6断路器则不存在以上问题。
4)分析各种型号真空断路器的电弧伏安特性，发现在整个燃弧期间电弧电阻均处于一个较小值范围，不利于直流分量的衰减，不能有效地强迫短路电流迅速过零，无法实现快速熄弧。
5)SF6发电机断路器是采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质。介质的恢复速度快，燃弧能量小，灭弧能量强（为空气的5～10倍），可以在开关中以对流方式大量带走触头导体大电流的载流能量，同时随着载流量的增大，还可以用外循环方式散热既可采用强迫风冷或水冷的热交换装置且SF6断路器体积小，结构简单，因此得到了广泛的使用。
经过比较真空断路器与SF6断路器的优缺点，SF6断路器可靠性高。所以喜河水电厂发电机出口断路器改造选型确定为SF6断路器型式。
3.2 SF6断路器型式选择
目前SF6发电机出口断路器的型式主要有两种：封闭组合式和敞开式。结合现场设备布置情况，就采用封闭组合式还是敞开式SF6断路器进行了深入讨论和比较。
1）采用敞开式SF6断路器的改造方案：
利用敞开式SF6断路器替代原发电机出口断路器柜，并安装防护网及防护板。
柜体位置不变，其他柜体右移，由于改为敞开式断路器为便于检修，应增设一面隔离开关柜。
采用母排及软连接方式与断路器端子连接；由于柜体右移，相应主变低压侧共箱封闭母线增加相应长度。
对发电机出口断路器柜及新增隔离开关柜内二次接线进行设计及配线。
设备基础荷载，原有预制槽形板结构基本能满足敞开式SF6断路器承载要求，但由于设备运行动荷载较大，为扩散设备支点荷载，考虑在基础铺设钢板等措施对原结构进行加强处理。
2）采用封闭式SF6断路器的改造方案：
利用封闭式SF6断路器替代原柜体。
柜体位置需重新布置；
发电机出口侧及主变低压侧共箱封闭母线需转变为离相封闭母线后与封闭式SF6断路器连接，同时改造部分柜体与封闭母线连接；
采用封闭式SF6断路器需对柜体的二次接线进行重新设计及配线。
设备基础荷载，由于封闭式设备自重和动力荷载过大，原有预制槽形板结构不能满足承载要求，采取此种方案需对原结构进行较大规模的土建改造。考虑将原设备部位的预制板整体拆除，用25cm的现浇板替代，以满足设备的承载要求。
3.3 断路器选型结论如下
1）采用封闭式SF6断路器改造方案结论：
由于设备体积较大，为使原设备房间布置合理，需要将PT柜、避雷器柜等同时进行改造，设备布置变动大，布置不美观，且需在楼板上重新开孔，改造的设备多。
与现有共箱封闭母线和厂用分支柜等间的接口复杂。
总改造投资相对较大。
此种设备在发电机电压回路将配套提供隔离开关，不必设置单独隔离开关柜。
2）采用敞开式SF6断路器方案结论：
占地空间小、设备自身重量相对较轻，仅需改造现有发电机出口断路器柜并在 布置上可与其他设备进行较好的组合。
与共箱封闭母线接口处理相对简单。
投资相对较少。
敞开式SF6断路器不配套提供隔离开关，需设置单独隔离开关柜。
综上所述，我厂确定采用敞开式SF6断路器+隔离开关柜改造方案。
4安装施工
4.1 土建部分
在现有10kV开关室内，安装需要加装的设备。由于断路器操作时，产生偶然震动荷载，对二次屏柜的运行产生影响，需在断路器下采用加隔震橡胶垫的方法，消除因结构体系震动对二次屏柜产生的影响。
4.2 前期施工准备：
由于改造工期紧，在正式施工前必须做好前期准备。敷设所有需要更换的电缆、开挖电缆孔洞、安装隔离开关柜槽钢基础、勘察运输通道并将设备运至现场等。
4.3 施工改造
1）拆除厂用分支断路器柜、主变压器电压互感器柜，依次向右靠紧墙体安装。
2）拆除发电机出口断路器柜，运至开关室外面。
3）将新隔离开关柜紧靠主变压器电压互感器柜安装。制作、安装新隔离开关柜与主变压器电压互感器柜连接铜排。
4）拆除所有旧电缆。安装新加装的共箱母线，将内部连接铜排与原母线连接好。
5）安装新断路器，制作、安装新断路器与发电机电压互感器柜连接铜排。
6）调试新安装隔离开关，对隔离开关做耐压试验和导电回路电阻测试。
7）调试新断路器 进行各项试验。试验项目如下：
绝缘电阻测试。
导电回路电阻测试
SF6气体微水测试和压力测量。
分、合闸时间测试。
分、合闸线圈绝缘电阻与直阻测试。
操动电机直阻与绝缘电阻测试。
4.4 新断路器、隔离开关柜安装规范，铜排连接正确，连接螺母压紧无松动，相序正确，隔离开关手动、电动正常，断路器传动试验无异常，各项试验合格。新断路器、隔离开关柜可投入运行。
5 结束语
发电机出口断路器改造完成，标志着持续四个月的我厂三台发电机出口断路器改造顺利结束，也解决了困扰我厂多年的重大设备问题。排除了发电机出口断路器投运以来留下的安全隐患，也为我厂今后增发多供电提供了保证。
作者；（1969— 陕西安康人。工程师，高级技师 喜河水电厂员工）
论文作者:梁邦彦
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/20
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