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發電機出口真空斷路器的選型(二)

  三、選擇西門子3AH系列真空斷路器主要特點 
  3AH系列真空斷路器是西門子公司90年代中期推向全球市場的新型產品。它以原有3AF真空斷路器 (機電壽命30,000次)為原形,在其基礎上采用了新型的真空滅弧室(截流值標準從5A控制到了3A以內為重要特征之一),并且對原彈簧操作機構作了進一步精簡,提高了零部件配合加工和配合精度以及采用了新型的耐磨損材料。保留了其一貫動作可靠的特點,并且首先在全球對真空斷路器提出了免維護概念。免維護概念的倡導是西門子公司作為在中壓開關領域領導者的一個重要標志,其主要特點如下: 
  1、世界領先的截流值水平<3A 
  對于真空斷路器而言,截流值是體現其性能水平的重要標志之一。它直接影響真空斷路器對于開斷小電感電流負載的過電壓水平 (截流過電壓U=k*I*rootL/C,其中k為衰減系數,rootL/C為系統波阻抗, I為截流值,前面兩項參數由系統本身所決定,而截流值I則取決于不同制造水平的真空斷路器)。西門子承諾在切合空載變壓器等小電感電流負荷情況下,過電壓倍數可限制在2.5p.u以下,從而保證不會產生危害其他電氣設備的危險過電壓。 
  2.可滿足極高的RRRV 
  斷路器用以開斷短路電流時,開斷過程中出現的電弧可能在交流電流過零時自然熄滅。電弧形成后,電弧放電就會使斷口間的介子快速活躍,在電弧熄滅后,斷口之間的絕緣不會立即恢復。當斷口恢復電壓高于介質強度時,電弧就會復燃。電流過零后斷口絕緣性能即介質強度的恢復,以及在斷口兩端出現的外施電壓即恢復電壓是影響斷路器開斷性能的兩個重要因素。 
  由于在短路過程中,電路一般為電感電阻性的,只有電流恢復到零時電源電壓全部加在觸頭(弧隙)兩端,弧隙上的電壓恢復過程將是由電弧電壓上升到電源電壓的這樣一個過渡過程。在實際電路中,弧隙間總有電容的存在,弧隙電壓不可能突變,電壓恢復過程將是是帶有周期性的振蕩過程。電壓恢復過程中,首先出現在弧隙兩端的是具有瞬態特性的電壓,稱為瞬態恢復電壓。瞬態恢復電壓存在的時間很短,通常為幾十微秒至幾毫秒。瞬態恢復電壓消失后,弧隙兩端出現的是由工頻電源決定的電壓,即工頻恢復電壓。從滅弧角度看,瞬態恢復電壓具有決定性的意義。其電壓變化取決于工頻恢復電壓小;電路中電感,電容和電阻的數值以及它們的分布情況;斷路器的電弧特性,即斷路器弧后的斷口電阻;瞬態恢復電壓中含有高頻振蕩,其振蕩頻率取決于線路電感及電源側對地電容,其電壓幅值最大可達工頻恢復電壓的1.4~1.5倍,即所謂的振幅系數。當斷路器開斷三相接地故障時,還必須考慮首開相系數的影響,通常情況下,取首開相系數為1.5。因此額定瞬態恢復電壓(TRV)計算如下:
  Uc=1.5×1.5×(root2/root3)×Ur; 
  1.5------振幅系數 
  1.5-----首開相系數 
  Ur-----斷路器額定電壓 
  瞬態恢復電壓上升率 (RRRV)同樣具有重要意義,當介質強度恢復速度低于瞬態恢復電壓上升速率時,斷路器斷口就會發生復燃。尤其在發電機出口短路等場合開斷時,RRRV值可達4.0kV/us,若此時斷路器斷口介質恢復不能滿足RRRV的要求,斷路器就有可能發生高頻重燃,以致產生危害極大的高頻重燃過電壓。額定電壓一定時,RRRV值取決于系統固有振蕩頻率。 
  3.可滿足對于直流分量的要求 
  在開斷電流周期分量相等的情況下,非周期分量 (直流分量)的存在,雖然有可能提高觸頭分離瞬間的短路電流瞬間值,但它在某種程度上卻有利于的開斷。這是因為,當短路電流中存在非周期分量時,不管是電弧在大半波過零或小半波過零時熄滅,斷口所受的瞬態工頻恢復電壓均比無周期分量時要小。 
  根據短路電流波形,短路電流的最大值將在短路發生后半波時出現,當f=50Hz時,其值為0.01秒,可得沖擊電流計算式為: 
  Ipeak=root2×(1+e-t/τ)ISC=2.74ISC 
  其中時間常數τ=X/Rω=150ms 
  由以上方程式可得,三相短路電流的全電流取決于周期分量以及非周期分量, 其中非周期分量又取決于觸頭分離時刻以及時間常數τ。因此, 
  1.西門子3AH3型真空斷路器斷在開斷系統源側額定短路電流時,直流分量高達75%以上,同樣在開斷發電機源側額定短路電流時,直流分量高達130%以上,完全能滿足此類應用場合的要求。 
  2.極高的額定短路開斷次數 
  西門子3AH3型真空斷路器在開斷額定短路電流72kA時,開斷次數達20次;開斷額定短路電流63kA時,開斷次數達30次;開斷額定短路電流50kA時,開斷次數達50次;所有斷路器機電壽命均為10,000次。 
  綜上所述,作為及其重要的發電機出口場合,產品選型必須極其謹慎,否則,一旦出現機組停機現象,損失將不可估量。西門子真空斷路器以其卓越的性能,能夠完全勝任其應用。 
  參考文獻 
  [1]穆建軍.中小型水輪發電機斷路器的選擇分析.中國農村水利水電,2003年第11期。



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