（2）发电机断路器的安装应与离相封闭母线相互配合。
（3）断路器应满足动、热稳定要求。
（4）发电机断路器应适合频繁操作。
（5）在断路器的发电机侧安装电压互感器，以实现机组的同期并列。
（6）断路器的机械寿命要长。
7设备的选型
发电机出口断路器的选型的建议：
从了解的情况，目前国外生产大容量断路器的厂商、产品型号及特点为：
（1）IEMENS公司生产的8BK41真空型发电机断路器；
（2）瑞士ABB公司的HEK4型SF6发电机断路器；
（3）法国GEC ALSTHOM公司FKGIF型SF6发电机断路器。
从了解的情况来看，目前SIEMENS公司的最大生产能力为12000A，该产品在国内的市场投放量小，GEC ALSTHOM生产的断路器在葛洲坝水电厂使用两年后因其体积大、噪声大、维护工作量大等因素全部更换为ABB公司生产的SF6断路器，因此我厂将不予采用，而ABB公司生产的SF6断路器在国内的市场投放量大，运行可靠、稳定，经综合比较，我厂的发电机断路器初步拟选型为ABB公司的产品。
为保证选用的发电机断路器投运后运行良好，必须对上述的断路器进行选型比较，从上述三家的产品来看，其电气参数都能满足要求，但从设备的几何尺寸上看，法国ALSTHOM的产品其相间距为1500mm，无法满足我厂机组出口大电流母线相间距离较小的安装要求；而ABB及SIEMENS公司的产品各有特点：
（1）IEMENS公司生产的8BK41真空型断路器为柜式结构，每相由三个真空开关并联组成，装于开关小车上，可推进拉出，其特点是频繁操作性能好，机械寿命可达10000次操作循环，但其占用空间较大。
（2）ABB公司的HECS型产品为其最新产品，采用SF6作为灭弧介质，技术性能好，该产品在小负荷电流（0～2kA）下，合分操作次数达20 000次，操作机构为液压弹簧机构，该产品较其HEK系列产品结构上更紧凑，有利于现地狭小空间的布置。
从当时的制造水平来看，在2003年，SIEMENS公司的发电机断路器最大额定电流的生产能力为12000A，该产品在国内的市场投放量小，而且其3900mm的高度在现场安装中困难很大，由于其体积大，断路器整体无法通过现场有限的吊物孔；而ABB公司生产的SF6发电机断路器在当时的中压开关制造水平上。最高开断能力为130kA，最大额定电流为18000A，其产品在国内的市场投放量非常大，有着良好的运行业绩及经验，运行可靠、稳定，其产品在李家峡、二滩、葛洲坝等全国81多个水电厂和36个火电厂都有着良好的良好的运行业绩，其新投放市场的HECS系列产品较以往的HEK系列发电机断路器在结构上更紧凑，操动机构及控制柜的现地布置更灵活，非常适于狭小场地的布置；经技术经济综合比较，刘家峡水电厂的发电机断路器选定为ABB公司的生产的HECS－100L的产品。
2005年3月，电厂技术人员与ABB公司经过慎重商讨确定，将发电机断路器通过2700×3200吊物孔，垂直下吊20m后，利用滚杠运至安装现地，经过一个多月的紧张施工、调试，于2005年4月中旬成功地在电厂1＃机组出口安装了发电机断路器，二年多的运行经验表明，该断路器安装后，运行稳定、切换运行方式灵活，经济效益十分显著。
8安装投运后的效益分析
1＃机组出口安装发电机断路器后，经报批，电厂里的最小运行方式改为一台机：在秋、冬季或小负荷运行状态下，厂里2＃～5＃中的一台机为调峰、调频，并提供一路全厂的厂用电源；1＃机组的发电机断路器处于切除状态，由系统通过1＃B倒送供一路厂用电源。这样，即为系统提供了所需变压器中性点的接地点，同时又为电厂提供了一路厂用电源，保证了供电可靠性。而1＃机组处于停运状态，解决了以往处于小负荷运行状态所造成的空转耗水，很大程度上减少了机组空转时对导叶的磨蚀。
从表一数据分析可以看出，1＃机组出口装设发电机断路器后，2005年5月至2006年5月这一年的全厂机组年度空转小时数由过去四年的平均值4230小时降低到1482小时，机组空转小时数降低了2748个小时，其平均节约耗水量为4．303亿立方米，相当于增发电量每小时0．9242亿kW（按2001～2004年平均空转损失电量计算），同时由于减轻了机组的导叶磨蚀，从而延长了导叶的检修维护周期，其经济效益是十分可观的，具有一定的推广价值。
新增发电机出口断路器在刘家峡水电厂的研究与应用
付廷勤 吴天存
（刘家峡水电厂 永靖 731600）
摘要：本文介绍了刘家峡水电厂原系统运行方式在1号发电机出口新增发电机断路器的必要性和实用性。发电机出口断路器的安装投运，不仅进一步改善了电站的运行方式，同时也为电站创造了良好的经济效益，是老水电企业进一步提高水能利用率的有效途径。
关键词：水电厂 新增发电机断路器 运行分析
1概述
刘家峡水电站位于黄河上游甘肃省永靖县境内，距兰州市约100km，是西北电力系统中的骨干电站，兼有灌溉防汛及养殖等综合效益。
电站安装5台水轮发电机组（3×225MW＋250MW＋300MW），于1969年4月第一台机组发电，1974年底全部建成。电站以220kV和330kV两级电压接入西北电网。
投入商业运行二十多年后，电厂从1994年开始对机组及主要电气设备进行了增容改造，历时8年。增容后的机组容量为1＃和3＃机组为260MW，2＃和4＃机为255MW，5＃机为320MW，总装机135MW。电站的电气主接线为：发电机与变压器的连接采用单元接线；1＃～4＃机主变高压侧为双四角形接线，电压为220kV，该电气主接线技术优越，经济指标较好。但限于当时的条件，发电机出口没有安装发电机断路器，影响了电站运行的可靠性、灵活性和经济性；5＃机主变压器高压侧为三角形接线，电压为330kV。220kV和330kV系统通过360MVA的联络变压器连接。
2新增发电机出口断路器的必要性
刘家峡水电厂自建厂以来，受系统220kV中性点运行方式及厂用系统可靠性的限制，电站机组的最小运行方式为两台机运行方式。系统负荷低谷期间，特别是在冬季防凌期间，机组长时间空转备用，导致电站机组空转耗水量增加，极大地降低了电站的经济效益。
进入20世纪90年代后，水资源的充分利用越来越受到各界的高度关注。为进一步提高电站的经济效益，降低机组空转水耗，电站技术人员经过充分论证和现场试验，在进入黄河防凌期后，将电站1号机组或2号机组在发电机与大电流母线连接的出口处断开，采用主变压器倒挂系统带厂用电的方式运行，这样既满足系统中性点运行方式的要求，也满足厂用电可靠性的要求，防凌期后再恢复正常运行方式。采用这种方式虽然在降低机组空转方面起到了一定的积极作用，但也存在许多不利因素：①操作复杂。主变压器倒挂系统前，需要将机组转入冷背用后方可断开发电机与大电流母线的连接，需要12小时的时间；②缩短了变压器的使用寿命。发电机与大电流母线断开后，变压器需要系统充电方可投入运行，增加了变压器的冲击合闸次数，在一定程度上缩短了变压器的使用寿命，存在一定的风险性；③电站机组运行方式的灵活性受到限制。主变压器倒挂系统后，相当于发电机组退出了系统，也就是说电站一台机组在系统紧急需要的情况下，短时间内无法上网，从而影响到电站机组运行方式的灵活性。
为进一步提高电站经济效益，改善电站运行方式，在发电机出口加装断路器就显得十分必要。
2．1调峰需要、适应机组频繁开停操作
电站以承担峰荷为主要运行方式。根据近期部分大型调峰电站运行资料统计，机组年平均开停机次数多达600次，最多达700～800次，平均每天开停机2次。对于角形接线，仅依靠高压断路器来满足机组频繁开停要求，是不可靠的。一台机组停机时，将有两台高压断路器动作，即断路器动作次数为机组的两倍。在目前高压断路器无故障操作次数性能不高的情况下，会导致高压断路器故障率增大，可靠性降低。在发电机一变压器单元回路中设置发电机断路器用于机组开停机操作，运行简单方便，可较好的适应调峰机组频繁操作要求。发电机断路器的机械寿命一般为10 000次，高的可到30 000次，而高压断路器一般为1000次，最好的仅为5000次。
2．2保持高压配电装置按最佳接线方式运行
高压断路器的频繁开断，使角形接线频繁开环运行，角形接线可靠性高的优点不能发挥。采用发电机断路器开停机，可保证220kV高压侧接线按最佳方式运行。减少角形接线开环运行的机率，从而提高了整个电站运行的可靠性和灵活性，使角形接线的优势得到充分利用，并且也能避免由于高压断路器的频繁开断对系统产生的干扰，延长了其检修周期和使用寿命。
2．3系统经主变压器倒送厂用电源。增加厂用电系统的可靠性
采用发电机断路器的另一个优势是有助于解决调峰水电站的厂用电源问题。大型机组一般都由发电机机端引接厂用变压器供电。作为调峰电站，有可能出现较长时间的部分机组停机，或短时的全厂停机。这就需要增设其他厂用电源，以保证厂用电系统的可靠性。在装设发电机断路器后，可经主变压器由系统倒送厂用电源。只要系统不解列，厂用电源总是可靠的。这种运行方式虽然增加了电能损耗，但用电时间较短，和采用其他厂用电源相比，该方式技术可靠、经济合理。
另外，装设发电机断路器后，能及时切除发电机内部故障，不影响厂用电连续供电。若无发电机断路器，则只能断开高压侧断路器，待故障切除后，再合上高压侧断路器，才能恢复厂用电。
2．4同期操作方便可靠
发电机断路器为三相机械联动，相间分合闸不同期时间极小，且有足够的能力切断反相电流，非常适于同期操作。而高压断路器一般不设三相联动，在同期操作时，有可能发生单相或两相拒动，从而危及变压器和发电机的安全，减小系统运行安全。
2．5发电机断路器及其附属设备
安装在发电机主回路，不仅具有开断功能，而且也是一个集回路操作、保护、测量、试验为一身的配电装置。易于操作、维护方便，间隔布置清晰，容易实现远方操作。
总之，装设发电机断路器后，可以增加电厂运行灵活性；提高供电可靠性；改善保护，增强安全性；提高保护的选择性；增加电厂整体经济性，提高电厂的可利用率，减少停机时间，增加发电效益，减轻故障破坏程度，缩短设备平均维修时间，降低整个电厂成本，加快投资回收，提高电厂的经济效益。
3出口断路器的选型及安装
经过广泛的市场调研及技术性能指标的比较，发电机出口断路器选型为ABB公司生产的HECS—100L型产品，采用户内水平布置，安装在高程1622．80m的主厂房内，断路器中心线高程1624．30m，断路器两端通过离相封闭母线分别与发电机和主变压器连接。
2004年4月，发电机出口断路器安装调试完毕。
4运行分析
1号发电机出口断路器自2005年4月安装、调试、投运以来，设备运行稳定可靠，在机组的解列、并网过程中可靠动作，完全满足现场设备运行要求。
发电机出口断路器投入运行以来，截至2007年4月30日，共完成机组并网250次，解列250次，未发生因设备异常而导致的机组不能按时并网故障，在节能降耗、运行方式的灵活性等方面发挥了积极的作用，为充分发挥电站经济效益做出了突出贡献。
4．1有效改善电站运行方式
发电机出口断路器安装投运后，正常情况下，1号机组参与系统调峰时均采用小方式开停机方式，即利用机组出口发电机断路器完成解并列操作，主变压器倒挂系统带厂用，极大地改善了电站的运行方式，使得电站机组运行方式更为科学合理。
4．2节水降耗效益显著
5结束语
刘家峡水电站1号发电机出口断路器投运以来，运行稳定安全可靠，成功地完成了机组解并列操作，满足设计要求。同时，有效地改善了电站机组运行方式，在节能降耗方面发挥了重要作用，为充分发挥电站的经济效益做出了重要贡献。新增发电机出口断路器，是老水电企业提高水能利用率的有效途径。
参考文献
［1］DL 427～1991．户内形发电机断路器订货技术条件．中国电力出版社
［2］GB／T 14824—1993．发电机断路器通用技术条件．中国电力出版社