水电站厂用电分支回路操作及保护设备配置方案浅析.docx

2013年第32卷第2期·DWRHE水利水电工程设计·31·

水电站厂用电分支回路操作及保护设备配置方案浅析

刘洪启边蕴芳

摘要水电站厂用变压器分支回路由于短路电流较大，常常难以选择合适的操作及保护设备。对各种配置方案进行了分析、研究，并结合工程实例，重点介绍了高压限流组合保护装置的设计及应用，可为类似工程提供有益的借鉴作用。

关键词水电站厂用电分支回路操作及保护设备限流熔断器

中图分类号TV734.3文献标识码B文章编号1007-6980(2013)02-0031-03

1问题的提出

水电站厂用电系统最显著的特点就是厂用电源通常从发电机出口取得。对于直接接在大中型发电机机端的厂用电分支回路，由于短路电流较大，长期以来一直难以选择合适的操作与保护设备。在以往的工程设计中，厂用电分支回路通常可采取以下几种操作及保护设备配置方案：

(1)装设断路器；

(2)不装设任何设备；

(3)装设限流电抗器和断路器；

(4)装设负荷开关或采用负荷开关与变压器组合柜；

(5)装设限流熔断器和真空断路器。

由于受到断路器开断电流的限制，第1种方案通常只适用于小机组。对于大、中型机组，厂用分支回路如装设断路器则需采用具有高分断能力的专用发电机出口断路器(GCB)。事实上由于GCB造价高昂，至今为止国内几乎没有大型水电机组采用过这种配置方案。第2种方案是一种可行的方案，已有不少电站采用，尤其在火电厂应用很普遍，但在水电站应用相对不多。其主要缺陷是把厂用变压器纳入了发电机变压器组的差动保护范围内，即当厂用电分支短路时，将导致机组一起退出，扩大了故障范围。第3种方案通过电抗器限流，解决了小容量断路器无法断开较大的短路电流问题，但增加了一组限流电抗器，不但增加了占地面积，也常常造成布置上的困难，同时增大了设备的故障几率及正常运行时的电能损耗。

第4种方案有2种配置方式：自20世纪80年代

后，随着离相封闭母线在一些大中型水电站发电机主引出线回路中的普遍采用，使发电机回路发生相间短路的故障几率几乎降至为零，也使厂用电分支不再装设保护电器成为可能，因此，一些已投产的水电站，设计上在厂用电分支上仅装设了负荷开关，较好地解决了厂用电分支无操作电器的弊端。但在当时建成的水电站中，负荷开关与厂用变压器往往分开布置，造成占地面积增大，负荷开关与变压器之间的故障几率也增大。随着干式变压器、中压SF?开关以及真空开关在水电站的成熟应用，在厂用电分支回路装设负荷开关并与厂变分开布置的方案，逐渐发展成为负荷开关与厂用变压器组合柜的配置方案，由此使设备布置更紧凑、可靠性更高。第5种方案无疑是一种较优的组合方式。近年来随着高压技术的不断发展，国内一些制造厂家开发出了用于水电机组厂用分支回路的限流熔断器(FU)和真空断路器的组合保护方案。在该方案中FU作为保护元件，当厂变高压侧发生短路故障时可以快速熔断；真空断路器作为操作元件，起到负荷开关的作用。由于该种组合方案具有明显的技术与经济优势，目前在国内大、中型水电站工程中得到越来越广泛的应用。

下面结合工程实例，对第4种方案及第5种方案的设计与应用分别加以介绍。

2负荷开关与变压器组合柜设计

2.1设备选用

某大型水电站共装机6台，单机容量为180MW,发电机出口电压为15.75kV,采用“一机一

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变”单元接线，机压母线采用离相封闭母线，在该工程厂用分支回路设备选型中，提出了将负荷开关柜与厂用变压器组合在一起的组合柜方案。本组合柜的研制是与大中型机组的离相封闭母线配套用，故其采用单相型式。开关采用24kV系列三相SF?断路器，并对此加以改造，改为单极产品，操作机构采用电气联动，对相间同期性按照相关国标提出要求，最终出厂实测值不大于2ms,小于国标值5ms的要求，厂用变压器采用环氧浇注单相干式变压器。

2.2组合柜结构设计

整个组合柜为单相结构，分为负荷开关柜与厂用变压器两部分，两者拼装成一个整体。负荷开关柜利用金属铠装式高压开关柜改装，设备按照高压开关柜的制造标准制造。负荷开关柜又分为手车开关室、继电器仪表室和母线室，柜体顶部装有过压阀门，以释放内部故障所产生的压力气体。厂用变压器则采用铝合金外壳，单相变压器之间采用铜母排连接，变压器能从