古瓦水电站发电机出口真空断路器选型研究

古瓦水电站发电机出口真空断路器选型
研究
古瓦水电站位于四川省甘孜藏族自治州乡城县境内，为引水
式电站，装机3台，单机容量67MW,采用一机一变单元接线，经
升压至220kV后接入四川电网。

古瓦水电站发电厂房为地下厂房，海拔约3200m，多年平均气温14.2℃，最低气温为-14.4℃，多
年平均相对湿度50%。

古瓦水电站发电机出口真空断路器装于开关柜内，布置在发
电厂房的母线走廊内，开关柜采用箱形固定式交流金属封闭开关
设备(高原型)，额定电压15kV。

根据发电机组的出口电压和电网系统容量，设计采用发电机出口专用真空断路器的技术参数主要为：额定电压＞15.75kV，额定电流5000A（已考虑发电机容量及高原降容系数），额定工频耐受电压(1min)值为59kV，额定雷电冲击耐受电压102kV(相对地和相间)，额定开断电流(直流分量)
系统侧≥65%、发电机侧≥110%，额定短时耐受电流63kA/2s(已
按系统短路容量计算校正)，额定动稳定电流及关合电流(峰值) 173kA，同时要求设备外绝缘水平须按海拔高度3200m进行绝缘
距离修正。

经技术参数的筛选，满足古瓦水电站发电机出口专用真空断
路器技术参数要求并通过型式试验的断路器仅有西门子3AH3723-
4和施耐德VAH17-63-50两种断路器满足要求。

因此针对上述两种型号断路器进行详细比选。

两种型号断路器主要参数见表1。

1、发电机出口断路器安装于发电机与电网系统之间，作为发
电机的主要保护元件。

由于发电机具有较大的电感值，在发电机
出口发生短路时，断路器切断回路故障电流的瞬间需要开断较大
的故障电流直流分量，因此发电机出口断路器一般均要求开断系
统源侧短路电流时直流分量应在70%以上。

从表1中，西门子
3AH3723-4直流分量额定值为65%，施耐德VAH17-63-50直流分
量额定值为75%。

施耐德VAH17-63-50在直流分量的性能指标明
显占优。

2、作为发电机出口断路器的另一主要指标即为瞬态恢复电压。

断路器分闸开断短路电流时，断路器触头分离后，触头间产生电弧，电弧电流过零瞬间电弧熄灭，触头上产生暂态恢复电压。

电
压恢复过程中出现在弧隙间具有瞬态特性的电压即为瞬态恢复电压。

断路器能否开断短路电流取决于开断瞬间电流过零后触头间
电压恢复过程与介质强度恢复过程的对比。

恢复电压的上升速度
越高，峰值越大，灭弧越困难，作为发电机出口断路器，必须承
受较高的瞬态恢复电压。

国标GB14824作如下规定：
施耐德VAH17-63-50额定电压为17.5kV，西门子3AH3723-4
额定电压为24kV,经过对比，两种型号的发电机出口断路器瞬态
恢复电压均满足国标GB14824要求，之间无明显差距。

3、断路器的绝缘性能
古瓦水电站发电机额定电压13.8kV,安装位置海拨约3100米，发电机出口断路器的外绝缘要求按海拨3200m进行修正。

由于发
电机额定电压为非标电压，没有相应的耐压标准，因此发电机出
口断路器耐压值按GB11022和GB311的相关规定以插入法进行计
算，额定1min工频耐压值为45.1kV，按GB311规定进行的海拔
修正，其中修正因数Ka为：
=1.309
因此发电机出口断路器的绝缘要求为额定工频耐受电压(1min)值为59kV，额定雷电冲击耐受电压102kV(相对地和相间)。

施耐
德VAH17-63-50和西门子3AH3723-4提供的设备选型参数均满足
要求，但均未能提供相应的试验报告。

且西门子3AH3723-4提供
的1min工频耐压值为60kV，虽然满足古瓦水电站的要求，但根
据GB311规定，断路器额定电压为24kV，1min工频耐压值应为
65kV，显然该断路器的绝缘性能是不满足国标要求的。

由于断路器的耐压值为设计值，试验报告也是对设计的验证，断路器的实际最大耐压值是由结构设计所确定的，因此本次选型
对两家产品的结构进行了分析对比。

根据西门子与施耐德产品的
选型手册，断路器的主要结构尺寸见附图：
施耐德VAH17-63-50外型尺寸为1100×970×781mm，相间中
心距为400mm，相间空气间隙290mm,上下触指中心距394mm，上
下触指空气间隙约274mm,机构支撑绝缘子约300mm；西门子
3AH3723-4外型尺寸为800×915×977mm，相间中心距为300mm，相间空气间隙140mm(中间加装绝缘板),上下触指空气间隙355mm，机构支撑绝缘子169.5mm。

从产品结构图可以明显看出施耐德
VAH17-63-50的尺寸明显大于西门子3AH3723-4，前者的相间空
气间隙、机构支撑绝缘子的距离明显大于后者，西门子3AH3723-
4相间绝缘性能主要依靠加装的绝缘板，因此可以看出施耐德VAH17-63-50在断路器结构设计上空气绝缘的性能已经远优于西门子3AH3723-4。

从理论计算施耐德VAH17-63-50的耐压水平应优于西门子3AH3723-4。

而且，西门子3AH3723-4相间绝缘的提升依靠绝缘板，绝缘板在潮湿环境中表面容易结露造成绝缘性能下降，而古瓦水电站为地下洞室结构，空气湿度较大，极易造成结露使断路器绝缘性能下降产生绝缘事故。

综上所述，施耐德VAH17-63-50从发电机出口断路器的主要性能指标直流分量和绝缘性能均优于西门子3AH3723-4，其它参数无明显的性能差异，因此，作为极其重要的发电机出口设备，古瓦水电站选择了施耐德VAH17-63-50发电机出口断路器，经过后期型式试验报告和运行数据证明选择施耐德VAH17-63-50发电机出口断路器是合适的。

附图一施耐德VAH17-63-50外型结构图
附图二西门子3AH3723-4外型结构图。