专利名称：水轮发电机组电气制动新型短路开关的制作方法
技术领域：
目前我国大多数水轮发电机组的制动采用常规的机械制动方法，该方法容易产生机械磨损和粉尘污染。水轮发电机组采用电气制动，在近年来国内有个别电厂已成功地采用了这一技术。但由于多种原因，该技术未能推广应用，其主要原因是缺乏经济可靠的短路开关。因为接在发电机出口端的短路开关，在机组运行过程中需承受发电机额定工作电压，而在制动过程中需流过0.5～1.2倍发电机额定电流的短路电流。如按发电机定子主回路开关同样的条件来选择此开关，不但价格昂贵，且体积大，也给厂房布置带来一定困难。据国外资料介绍，对于额定电压11KV、容量55MW以下的水轮发电机组，可以采用相应电压等级和容量的电动隔离开关作短路开关。但用于更高电压等级或更大容量机组的短路开关，则需采用专门设计制造的开关，这种开关的触头需具有能耐受电弧和动作快速的特点。目前，我国尚无此类开关生产，使得一些应采用电气制动的大型机组无法采用这种制动方式，而一些正在兴建中的大型水电厂，则拟由国外引进专用开关，据悉，国外也因这类开关价格高或技术上尚存在一定的问题(触头烧损)，而使得电气制动方式在水电厂中的运用受到限制。
本发明创造的目的，就是针对上述问题提供一种体积小，制动过程中触头无烧损，使用寿命长，经济实用，安全可靠的短路开关。
在制动过程中，短路开关合闸是在发电机处于无励磁电流状态，发电机的端电压仅是剩磁产生的残压，短路电流小，开关承受由残压引起的短路电流和加入制动电流后的动稳定及发热条件容易达到。制动过程中虽电流较大，但发电机端电压接近于零，因而使制动开关除接于发电机端一侧以外的所有部件均可采用较低的耐压标准。而开关分断是在机组全停后才进行，因而不要求有断流能力(对有特殊操作方式要求者除外)。即这种开关只要能满足下列三个要求即(1)机组运行过程中能隔断高电压。(2)触头能耐受发电机残压所引起的短路电流。(3)制动过程中能耐受大致相当于发电机额定电流的载流量。显然，这种开关所有条件均低于同类电压等级容量的开关的要求。因而可以在电动隔离开关结构的基础上，改进并制造出性能优良，体积小的短路开关。问题的关键是如何解决合闸过程中触头的保护问题。对此，我们进行了短路开关合闸时的工况分析。认为提高触头的动作速度，可以有效地减少合闸过程中触头的能耗；如果改善了合闸过程中触头功耗与电阻关系的分布规律，也就能使触头的实际能耗降低；另外采用低场强的压敏型非线性电阻可防止合闸过程中静、动触头间产生高压电弧。
根据上述结论，我们进行了新型短路开关的原理性电路设计。由于主电动高压隔离开关(K1)(以下简称K1)和辅助电动高压隔离开关(K2)(以下简称K2)的一极是并接于发电机(F)的出口端(a)上，所以(K1)承受发电机的额定工作电压及额定工作电流，而(K2)承受发电机额定工作电压及机组剩磁电压所产生的机端短路电流。(K2)在(b)点串接由低压快速开关(K3)(以下简称K3)和压敏型非线性电阻(RN)(以下简称RN)组成的并接电路，并给(K3)起隔离高电压的作用。(K3)可以是电磁的，机械的，电子型的，如接触器、自动开关、可控硅开关、离子放电管、压敏型非线性电阻或特殊设计的与(K1)联动的机械式快速开关等。其闭合有较高速度，可在残压引起的短路电流下工作而无烧损。本短路开关的关键问题是在合闸过程中，(K2)应先于(K1)闭合，即在(K2)可靠闭合以后，令(K3)导通，最后(K1)才闭合。由于(K2)、(K3)串联回路的旁路作用，使(K1)闭合时，其功耗与电阻关系的分布规律完全改变，即先让电流从(K2)(K3)中分流，以保护(K1)在慢速闭合时不致烧损。(RN)是当(K3)发生抖动时，具有承受部分电压降，并抑制开关运动过程中的高电压，亦具有保护(K1)触头的作用。当(K3)使用无接点开关，因不存在触头抖动问题，故电路中可取消(RN)。当(K3)用压敏型非线性电阻取代，则电路中并接的(RN)亦可取消。此时，须指出压敏型非线性电阻是适于短时通流的元件，因而有参数合理选择问题，要能同时兼顾(K1)、(K2)触头的容量，使它们在合闸过程中不烧损。我们还分别以可控硅开关、接触器、自动开关、压敏型非线性电阻作为(K3)的情况进行了研究，按大型机组的参数计算，使用有旁路回路的结线可使(K1)的触头，在合闸过程中最大功耗降低到数百瓦，仅为无(K2)、(K3)电路时的百分之几，故可保证主触头(主刀)不致被烧坏。
本发明创造的优点1.电路原理和结构新颖、简单，构思巧妙，用高压隔离开关解决了短路开关耐压水平要求和通过大电流的要求，并用小容量的低压快速开关作旁路过渡，解决了合闸过程中的触头烧损问题。
2.体积小、材料省、成本低，达到了经济、实用、可靠的目的。
及实施例图1是本发明创造电气原理图。
图2是组合型电动高压隔离开关正视示意图。
图3是组合型电动高压隔离开关俯视示意图。
图4是用半控桥作(K3)的新型短路开关电气原理图。
参见图1，本发明创造由主电动高压隔离开关(K1)、辅助电动高压隔离开关(K2)、低压快速开关(K3)、压敏型非线性电阻(RN)、三相短路跨接线组成。根据图1，我们提出两种实施方案进一步说明如下一、(K1)、(K2)采用市购单一型电动高压隔离开关方案(K1)、(K2)应选用相应的电压等级，(K1)的额定电流按发电机额定电流选取，(K2)的额定电流按发电机额定电流约3～5％选取。(K3)按上述(K2)同样额定电流可选用0.4KV级接触器，若发电机额定电压较高，且剩磁电压亦较高时，接触器的线圈和绝缘件可适当加强，改用1KV级自动开关。若采用有接点的(K3)，则图1中所示的(RN)拟采用高能氧化锌压敏型非线性电阻，电阻的伐值电压约与投入制动开关时，发电机的空载剩磁电压相当或稍低，则使(K2)闭合瞬间电流过大而使(K2)的触头受损。在(K2)投入后，此(RN)不但可保护(K3)，亦可保护(K1)的触头不致烧损。对于新型短路开关在合闸过程中(K2)应先于(K2)闭合。(K2)闭合后，接着(K3)导通，再闭合(K1)。以上动作程序可以用一般的行程开关或电气联锁装置进行控制整定。故本方案简单易行，可在一般的水电厂利用定型产品即可实施。
二、(K1)、(K2)合二为一的组合型电动高压隔离开关方案参见图2和图3，该组合型电动高压隔离开关由(K1)的动、静触头(1、3)和(K2)的动、静触头(2、4)及绝缘撑垫(5)、(K2)的引下线接线柱(6)、高压瓷瓶(7)、动触头支架(8)、传动杆(9)、开关底座(10)构成。这一方案(K2)的静触头(4)的高度制成大于(K1)的静触头(3)的高度或动触头(2)制成高于动触头(1)的高度，该两组开关的触头共一极，故可共用一套操作机构。静触头(3、4)的具体结构，视接入开关的母线型式决定。(K2)和(K3)的动触头(2、1)之间安有绝缘撑垫(5)，该动触头(2、1)经过绝缘撑垫(5)安装在动触头支架(8)上。在短路开关合闸时，是由电动机经减速器带动传动杆(9)运动，就可使动触头支架(8)上的动触头(2、1)分别与高压瓷瓶(7)上的静触头(4、3)闭合。由于静触头(4)高于(3)或动触头(2)高于(1)，所以必然(K2)先于(K1)闭合。本方案中的(K3)采用可控硅半控桥并接至(K2)引下线接线柱，原理图见图4。可控硅为自触发方式，其额定电流和反向击穿电压均按不低于发电机剩磁状态下的最大空载电压和最大短路电流选取，并应留有适当裕度。本方案只要按控制程序整定行程开关(XK)，则可保证(K2)先闭合，(K3)导通，(K1)再闭合，以达到保护(K1)触头的目的。考虑到短路开关的一极总是处于接近于零电位的工作状态，故可把三相短路跨接线直接接在(K1)的动触头(1)上，它们对地的绝缘可大为降低，可以使其绝缘要求低于1KV低压电器设备的要求。这样可使有色金属和绝缘材料的消耗量均大为减少。本方案为最佳方案，对(K3)可采用各种型式的低压快速开关，对电动高压隔离开关不仅刀闸式的可以做，对直接运动式的也可以做，因而可以做出适用于封闭母线系统的结构。即可望形成一系列定型的开关结构。本方案可在一般的开关生产厂家，利用现有的生产设备，便于投产实施。
权利要求1.一种水轮发电机组电气制动短路开关，由电动高压隔离开关，低压快速开关和压敏型非线性电阻组成，其特征是由一组主电动高压隔离开关(K1)的一极与一组辅助电动高压隔离开关(K2)的一极并接于发电机(F)的出口端(a)上，辅助电动高压隔离开关(K2)的另一极在(b)点串接由低压快速开关(K3)和压敏型非线性电阻(RN)并接组成的电路，该电路与主电动高压隔离开关(K1)的另一极并接于(c)点，并将三相短接。
2.如权利要求1所述的短路开关，其特征是其主电动高压隔离开关(K1)和辅助电动高压隔离开关(K2)可以制成共用的操作机构，并在机械上保证同步的组合型电动高压隔离开关，它由主电动高压隔离开关(K1)的动、静触头(1、3)和辅助电动高压隔离开关(K2)的动、静触头(2、4)及绝缘撑垫(5)、辅助电动高压隔离开关(K2)的引下线接线柱(6)、高压瓷瓶(7)、动触头支架(8)、传动杆(9)、开关底座(10)构成。
3.如权利要求1或2所述的短路开关，其特征是使辅助电动高压隔离开关(K2)在合闸过程中先于主电动高压隔离开关(K1)闭合的静触头(4)制成高于静触头(3)或动触头(2)制成高于动触头(1)。
专利摘要一种用于水轮发电机组电气制动短路开关，其特点是由一组主电动高压隔离开关的一极与一组辅助电动高压隔离开关的一极并接于发电机出口端，辅助电动高压隔离开关的另一极串接由低压快速开关和压敏型非线性电阻组成的并接电路，该电路与主电动高压隔离开关的另一极并接，并将三相短接。该主、辅开关可采用单一型或制成组合型电动高压隔离开关，并以此为基础构成短路开关。在合闸过程中辅助开关先于主开关闭合，以保护开关的主触头不致烧损。
文档编号H02P3/02GK2049842SQ8920192
公开日1989年12月20日 申请日期1989年2月18日 优先权日1989年2月18日
发明者江万宁, 朱仲彦 申请人:江万宁