一种抽水蓄能电站用发电电动机出口真空断路器

本发明涉及发电机出口真空断路器，特别涉及一种抽水蓄能电站发电电动机出口保护用真空断路器。

背景技术：

1、发电电动机出口断路器在发电站中是很重要的高压开关设备，当发电站无论在发电电动机侧或升压变压器侧出现短路故障时起保护作用，以确证发电站的运行安全。虽额定工作电压不高(15～24kv)，但因传输的功率巨大，于是其额定电流和额定热稳定电流巨高达几万安培，额定短路开断电流更高达几十万安培且条件要求苛刻，设计和制造技术上有一定难度，在高压开关领域属于高端产品。

2、在技术路线上，发电电动机出口断路器按灭弧原理和结构分有六氟化硫和真空两种。

3、六氟化硫断路器具有额定电流大、额定短路开断电流大等优点，是发电站中的必选，代表产品为abb瑞士公司的hec型系列产品，基本形式是离相式、热膨胀灭弧结构、三相联动式液压碟簧操动机构。以前，我国的市场几乎一直被国外产品垄断。2011年至今，我国西电集团经过多年艰苦努力，先后完成了600mw、800mw和400mw机组用发电电动机出口断路器的研制，初步实现了产品系列化，基本形式是离相式、自能灭弧原理、三相联动液压弹簧操动机构。但六氟化硫是京都会议确定的温室气体，对环境不友好，且在开断短路电流时因电弧电压高、能量大，触头烧损大，停机检修工作量大。

4、真空断路器虽具有机械寿命高、短路电流开断次数多、免维护、对环境友好等优点，但额定电流和额定短路开断电流都不大。现有国产产品多是单管真空灭弧室结构，个别是双管串联结构，它们仅能用于200mw发电电动机机组。近期，西门子德国公司开发成功了hb3型系列化发电电动机出口真空断路器，基本形式是离相式、三管真空灭弧室并联结构，分相驱动弹簧操动机构，适用于400mw的发电电动机机组，在我国目前尚未见到其运行报告。

5、抽水储能是绿色、经济、寿命长、规模大和技术成熟的电力储能方式，具有调峰、填谷、调频、调相、事故备用等多项功能。当前，我国正处于能源绿色低碳转型发展期，加快发展抽水蓄能，是国家确定的新能源发展方针。在抽水储能电站的建设中，400mw的发电电动机目前已实现了国产化，但与其配套的出口断路器及相关设备，仍被abb的hecs系列等国外产品垄断。

6、常规发电站的发电电动机出口断路器只有在故障和检修时动作。而在抽水储能电站中，为实现抽水储能、停机隔离、放水发电的功能转换，发电电动机出口断路器与换相隔离开关配合，相应要进行频繁的分、合闸操作，该操作通常一天要进行多次。于是它比用在常规发电站中的要求更加苛刻。实践证明，进口产品一般在运行了两、三年后，也必须要进行烧损触头更换、对六氟化硫气体进行管理等检修和维护工作，降低了运行可靠性，提高了运行成本。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种抽水蓄能电站用发电电动机出口真空断路器，具有机械寿命高、短路电流开断寿命长、免维护、对环境友好的特点。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种抽水蓄能电站用发电电动机出口真空断路器，包括底架9，设置在底架9上的真空灭弧室组1、两侧出线端子2、中间支架3、散热器4、导电软连接5、电流互感器6、均压电容7和传动机构8；

4、所述真空灭弧室组1在电气连接上有种两形式：一种形式是“先并后串”，即n个真空灭弧室先并联连接形成并联真空灭弧室组，而后再与相同的m个并联真空灭弧室组串联连接；另一形式是“先串后并”，即m个真空灭弧室先串联连接形成串联真空灭弧室组，再与相同的n个串联真空灭弧室组并联连接；

5、所述均压电容7主要实现串联真空灭弧室的均匀分压：当采用“先并后串”形式时，设置1～n个均压电容7先与并联真空灭弧室组中的n个真空灭弧室并联连接，然后再串联连接，并连接到两侧出线端子2上；当采用“先串后并”形式时，设置m个均压电容7先与串联真空灭弧室组中的各个真空灭弧室串联连接，然后再将n个串联真空灭弧室组并联连接，然后再连接到两侧出线端子2上；

6、所述电流互感器6实时监测并调节流过各真空灭弧室的电流，实现真空灭弧室的并联均匀分流；

7、所述传动机构8采用剪型传动结构，以实现真空灭弧室的串联同步分合闸驱动；

8、所述中间支架3主要起支撑和导电作用：当采用“先并后串”方式时，中间支架采用金属导电材料，通过导电软连接5将各真空灭弧室的动端导电杆与中间支架3电气连接；当采用“先串后并”方式时，中间支架采用金属导电部件与绝缘部件组合制备，通过导电软连接5将串联真空灭弧室组中各真空灭弧室的动端导电杆与中间支架3上的金属导电材料电气连接，然后将金属导电部件与绝缘部件固定连接。

9、对于具有相同击穿概率的真空灭弧室，“先串后并”的连接形式的抽水蓄能电站用发电电动机出口真空断路器，相比“先并后串”连接形式抽水蓄能电站用发电电动机出口真空断路器，具有低于nm倍的击穿概率；

10、“先串后并”形式的抽水蓄能电站用发电电动机出口真空断路器所采用均压电容7的数量与真空灭弧室的数量相同；“先并后串”连接形式抽水蓄能电站用发电电动机出口真空断路器，需要设置最少两个均压电容7，每个均压电容7与“先并”连接的真空灭弧室组并联连接，然后再串联连接。

11、进一步地，所述真空灭弧室组1采用对称环形均匀布置结构；

12、进一步地，对于“先并后串”连接形式的真空灭弧室组，均压电容7分别设置于两侧出线端子2与中间支架3之间的中心或侧边部位，并与两侧出线端子2与中间支架3分别固定电气连接，以实现各先并联然后串联连接的真空灭弧室组的均匀分压；

13、对于“先串后并”连接形式的真空灭弧室组，均压电容7先分别与各真空灭弧室并联电气连接，以实现各串联真空灭弧室组的均匀分压。

14、进一步地，对于“先并后串”连接形式的真空灭弧室组，中间支架3采用铝合金或铜高导电率金属材质制造而成，一方面实现各真空灭弧室组的汇流，另一方面实现均压电容7对优先并联然后串联真空灭弧室组的均匀分压，并降低并联电容7的使用数量；

15、对于“先串后并”连接形式的真空灭弧室组，中间支架3采用聚四氟乙烯或真空浸胶板绝缘材质制造而成，在保证均压电容对各先串联真空灭弧室组均匀分压的条件下，实现各先串联真空灭弧室组相互之间在电气上绝缘隔离。

16、进一步地，所述电流互感器6为穿心式，穿装在每个真空灭弧室的静端；电流互感器6的二次侧接线端，通过并联连接可调阻抗，一方面方便一次侧各真空灭弧室流通电流的检测，另一方面通过调节二次侧阻抗数值，实现一次侧流通各真空灭弧室支路电流的调节，以达到在正常和故障工况下流过抽水蓄能电站用发电电动机出口真空断路器各真空灭弧室电流均匀分配的目的。

17、进一步地，采用永磁操动机构或电磁斥力机构，通过传动机构8实现各真空灭弧室的分合闸操作；所述传动机构8为双向剪刀形传动机构，安装在中间支架3上，传动机构8的两端通过触头弹簧筒21分别与相邻串联的两个真空灭弧室的动端导电杆相连，驱动两个真空灭弧室同步动作完成断路器的分合闸操作，传动机构8的下端通过绝缘拉杆11与永磁操动机构或电磁斥力机构相连。

18、进一步地，所述散热器4设置在软连接5上。

19、进一步地，所述两侧出线端子2外表面设置有用于散热的若干个楞翅。

20、进一步地，所述两侧出线端子2和中间支架3均通过绝缘支柱子12固定在底架9的上部。

21、与现有技术相比，本发明抽水储能电站用发电电动机出口真空断路器具有设计新颖、环境友好、通流能力大、开断能力强、机械寿命高、运行期间免维护等显著特点，具体包括：①本发明采用真空灭弧室作为开断器件，无sf6气体绝缘或熄弧介质，全寿命周期运行免维护，应用于抽水蓄能电站，满足我国现阶段为实现“碳达峰、碳中和”，大力推行清洁能源发电和环保运行的政策要求；②本发明采用真空灭弧室组的组合方式，能满足抽水储能电站对发电电动机出口断路器极高的绝缘能力、极大的额定电流和额定短路开断电流苛刻要求，在现有发电机断路器技术中，多个真空灭弧室成串联方式、或者成并联方式组成的开关产品都有运行，但将真空灭弧室既串联又并联的组合方式，至今尚未见有文献报道；③本发明采用的真空灭弧室串联运行技术，与采用单个真空灭弧室的发电机断路器相比，绝缘水平大大提高了，特别适用于电抗大、瞬态恢复电压上升率高的发电电动机回路，以及两个电源相位相差180电角度时的开断，亦可避免非保持破坏性放电(nsdd)和弧后延迟击穿等现象的发生；采用的多个真空灭弧室并联运行技术，额定电流和额定短路开断电流可显著提高；④采用穿心式互感器，一方面可实现一次侧真空灭弧室导通电流的实时监测；另一方面可通过二次侧并联阻抗的调节，实现高额定通流与开断条件下，发电机断路器各并联灭弧室的均匀分流。