摘要：本文阐述了青铜峡水电站经过技术改造，在4#电气系统组出口安装电气系统断路器，改善了多年以来在秋、冬季最小运作方法下（两台机），从而使得电气设备出现空转消耗水量大的问题，增大断路器额定短路开断电流，同时改善了电气设备空转的时候转轮的离心泵的转能装置汽蚀，科学合理的确保了水电厂生产的正常运作。
关键词：电气系统断路器；水电厂；技术改造
1青铜峡水电站电气主接线概况
青铜峡水电站是以灌溉、发电为主兼有防洪、防凌等综合效益的水力发电站。厂区原有8台机组，1993年又兴建1台机组，9台机组总装机容量为30.2万kW，由7台36MW和1台20MW及1台30MW轴流转桨式水轮发电机组组成，分别布置在河床及河东、河西的灌溉渠渠首。该电站1955年开始勘测，1956年进行设计，1958年8月正式开工。1960年2月电站截流后即开始发挥灌溉效益。1967年12月2＃机组首先发电，水工建筑工程基本竣工。1978年12月6#机组发电，8台机组全部投运，工程全部竣工。电站以110kV一级电压接入西北电网，出线5回。发电机变压器组合方式为：两组扩大单元及四组单元接线，其中第1、2、3、8、9号机组为单元接线，第4、5和6、7号机组分别为两机1变扩大单元接线。110kV系统接线为：双母线接线。
2未安装电气系统断路器前存在的关键问题
青铜峡水电站至今已运行40多年，由于当时机电设备设计、制造技术水平不高，配套设备及自动化水平落后；发电机出口断路器使用的是SN4-10G型少油断路器1973年6月投运，该断路器在运行中曾发生接触电阻超标，支持瓷裂纹瓶绝缘击穿、分合闸不可靠，合闸过程中，经常造成合闸线圈烧损，备品备件购买困难、设备陈旧，有渗油现象，设备已经到了淘汰年限。发电机出口断路器设备要进行技术改造，充分运用目前的设计与制造新技术、新材料，进行总体优化设计；提高发电机出口断路器性能，增加机组出力；提升运行、检修水平，达到提高总体经济技术指标的目的。
电气设备运用电气系统——变压器单元接线，电气系统和变压器之间运用大电流母线连接，由于那个时候没有良好的技术条件，电气设备都没有装配电气系统断路器。为了提升系统运行的平稳性与安全性，青铜峡水电站110kV系统在最小运作方法下需要有两台主变的中性点直接接地，电气设备的继电保护设备根据两台保证三相线路的对地电压平衡整定，假设只有一台机变组投入运作，不但无法达到系统要求，保护设备把在线路安全隐患要求下还有无法安全运行的可能。
为了设备能正常运行，就必须对断路器相关参数做出严格规范要求，首先发电机断路器及高压开关柜应符合中华人民共和国国家标准（GB）、中华人民共和国电力行业标准（DL）、原水电部标准（SD），以及相关的IEC标准，在上述标准中，优先采用中华人民共和国国家标准及电力行业标准。在国内标准缺项时，应参考选用相应的国际标准或其它国家标准。其次是发电机断路器额定值；（1）额定参数：额定电压12kV、额定电流3150A、额定频率50Hz、额定断路开断电流63kA、额定短路关合电流（峰值）174kA、额定峰值耐受电流174kA、额定短时耐受电流63kA、额定短时持续时间3s。（2）额定绝缘水平：雷电全波冲击耐受电压（峰值，1.2/50μs）、对地和相间75kV、断口间85kV。（3）额定失步开断电流：对称开断电流交流分量有效值、直流分量分别是31.5kA、≤20%，非对称开断电流交流分量有效值、直流分量分别是31.5kA、50%～60%。断路器在原开关间隔内安装，设备安装位置空间狭小，检修不便，不具备防尘、防小动物和防止误操作的五防功能。还需考虑发电机出口断路器安装空间是否适宜。
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3项目的可行性论证及设备选型
为了科学合理的处理好电站存在的以上问题，不断在研究处理以上问题的合理渠道，伴随着电气系统断路器生产技术的引入和迅速发展，于2013年，通过设计院技术工作人员和水电站专业人员的不断调研、仔细核算，最后指出在水力发电厂4#电气设备装配电气系统断路器具备一定的可行性。
（1）青铜峡水电站4#机电气系统额定电压是10.5kV、额定电流是2330A，电气系统在出现出口短路的时候的稳定短路电流为67kA，现如今可以实现以上数据需要的电气系统断路器产品的制造厂商，重点有美国伊顿公司、法国阿尔斯通公司、德国西门子等公司。
（2）现如今我国许多水利发电厂如三峡水电站、溪洛渡水电站、白鹤滩水电站、乌东德水电站、向家坝水电站、糯扎渡水电站等都在电气设备出口装配了电气系统断路器，从多年以来的运作经验而言，断路器产品质量过关。青铜峡水电站在电气设备出口装配电气系统出口断路器具备一定的可行性。
（3）青铜峡水电站的电气设备都装配在地下车间，受电气设备出口装配空间的约束，所选取购买的产品应当达到装配现场有限空间的条件与约束，可以实现以上基础数据需要的几家电气系统断路器的基础数据。
为了确保所选去采购的电气系统断路器具备很好的机电能力，还应当实现下述技术条件：首先在装配的出口断路器需要可以承载电气系统最大电流；其次电气系统断路器的装配需要和强电流离相母线彼此配合连接，装配之后，还需避免强电流母线外壳和邻近的钢构架发热；再者，电气系统断路器应当实现短路时候的动、热平稳的标准；最后，电气系统断路器需要顺应不断的操控，其机械使用周期要长。
为实现以上技术条件，确保所选取运用的电气系统断路器投入运行之后顺利运行，应当对以上断路器实施型号选择对比，从以上三家的产品而言，其电气数据都可以实现以上条件，可是根据装置的几何尺寸方面来看，法国阿尔斯通公司的产品其中的间隙距离是1500mm，不能达到青铜峡水电站电气设备出口大电流母线相间距离不大的装配标准；德国西门子公司生产的8BK41真空型断路器是柜式构造，每相由三个真空开关并联组合而成，装在开关小车上，能够推动拉出，它的特征是频繁操作性能较好，机械使用年限能够达到一万次操作循环，然而它占用的范围很大；其次，美国伊顿公司生产的的150VCP-WG3000A型产品为其最新产品，采取真空为灭弧介质，技术功能较好，这个产品在小负荷电流（0～2kA）下，合分操作频次达两万次，操作部分是弹簧储能式，这个产品结构上相对比更加紧凑，有利于现场范围较小空间的布置。
根据现如今的生产技术水平而言，德国西门子公司的电气系统断路器最大额定电流的生产水平是12KA，这种产品在我国国内的市场投放量不多，但是其3900mm的高度在现场装配过程当中难度较大，因为它的体积较大，断路器总体不能经由现场有限的吊物孔调入；而美国伊顿公司公司制造的电气系统断路器在现如今的中压开关制造能力方面，最高开断能水平是75kA，最大额定电流是18KA，其产品在我国的市场投放量特别大，有优质的运作业绩和经验，运作安全、平稳，它的产品在三峡水电站、溪洛渡水电站、白鹤滩水电站、乌东德水电站、向家坝水电站、糯扎渡水电站等全国几十个水电厂以及几十个火力发电厂都有优质的运作业绩，操作机构和控制柜的现地分布更为机敏，特别适合在较小的空间使用；通过技术经济整体对比，青铜峡水电站的电气系统断路器选定为美国伊顿公司生产的的150VCP-WG3000A型产品。
2015年4月上旬，检修人员把电气系统断路器经过2700×3200吊物孔，垂直下吊9m之后，运用滚杠运到装配现场，通过十几天的紧张施工、调试、安装，最后在2015年4月中旬顺利的在青铜峡水电站4#电气设备出口装配了150VCP-WG3000A的断路器，其额定短路开断电流为75kA，满足现场使用要求，在近年来的运行经验可以发现，这种断路器装配之后，运行相对平稳正常、切换工作形式相对机敏，所获得的经济效益也特别明显。
参考文献：
[1]电气系统出口断路器性能分析与选择[J].吕珍梅，李建军，金乙翔.中国新技术新产品.2009（13）
[2]电气系统断路器（GCB）在三峡右岸电站的应用分析[J].徐宴珍.水电站机电技术.2007（06）
[3]惠来电厂装设电气系统断路器的合理性及参数选择[J].姚红毅.制冷空调与电力机械.2006（06）
论文作者:张斌
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：断路器论文; 水电站论文; 青铜峡论文; 电气论文; 系统论文; 电气设备论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第19期论文;