标准规范下载简介
GB／T 14824-2021 高压交流发电机断路器.pdfC.4发电机源短路电流
C.4.1发电机源短路开断电流的交流分量
当短路电流源完全来自发电机而未经变换时，该电流是在触头分离瞬间，从电流振幅的包络线上测 量的。 如9.3.6.3.4所述，这个包络线有必要在考虑了发电机常数的满载额定功率因数条件下计算。计算 通常比较复杂且需要进行计算机仿真。 因此沉井及顶管施工方案，不认为所列公式是全面的，但它们可用于估算发电机在空载时发生故障的故障电流的幅值 发电机源短路开断电流交流分量的有效值可使用下面的空载条件下的公式（C.21)计算：
UmG 发电机的最大线电压； SG 发电机的额定容量； UG 发电机的额定电压； 发电机次瞬态直轴电抗的饱和值（p.u.）； 发电机瞬态直轴电抗的饱和值（p.u.）； 直轴次瞬态短路时间常数 直轴瞬态短路时间常数。 使用本例中给出的发电机数据，当发电机空载故障时，在触头分离时间等于58.3ms时，发电机源 的短路开断电流计算结果如公式（C.22）：
C.4.2发电机源非对称短路开断电流
Ic =53.2kA
Iacc=53.2 kA .....++*..+++....( C.22)
对于具有最大非对称度相的发电机源非对称短路电流（发电机在空载状态下），可由公式（C.23） 十算：
/2 UmG S rG （[)e/a+（)e/i+cos(ot） 3U
....(C.23) 3U.
式中： UmG 发电机最大线电压； 122
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S 发电机的额定容量； UG 发电机的额定电压； 发电机次瞬态直轴电抗的饱和值（p.u.)； 发电机次瞬态交轴电抗的饱和值（p.u.）； 发电机瞬态直轴电抗的饱和值（p.u.）； 直轴次瞬态短路时间常数； T 直轴瞬态短路时间常数； Ta 电枢时间常数。 因为对于涡轮发电机，。大约等于，则公式可写成如（C.24)：
.....(C.24)
作为本附录的例子，图C.2表示假定发电机处于空载状态时发生故障，三相非对称电流的计算机计 算结果。当发电机断路器像关合接地开关那样关合金属性短路故障时，这种未必发生的情况可能发生 因此，在故障位置不考虑燃弧。在发电机断路器触头分离时刻的非对称度为110.1%。 非对称短路开断电流可以使用9.3.6.3.3中描述的公式计算，得到计算结果为98.5kA， 为了相互比较，图C.3显示了计算的三相非对称短路电流，但作了在故障位置存在影响短路电流非 对称度的电弧的假设。由于电弧电压的影响，与图C.2中具有的110.1%非对称度相比，非对称度下降 到68%。 在空气中自由燃烧的电弧具有的电弧电压为10V/cm，这就意味着在母线管道中故障的电弧电压 至少为300V。在变压器中发生故障的情况下，电弧会在油中燃烧，具有非常高的电弧电压。 发电机断路器电弧在具有最大非对称性的相上的影响由图44计算机计算结果说明。 发电机源非对称短路电流通常可以用适当的计算机程序进行计算。对于具有最大非对称度的发电 机源短路电流和发电机处于欠励磁状态来说，不能给出短路电流的近似计算公式，只能用适当的计算机 程序计算
2故障位置没有电弧的非对称发电机源短路电
图C.3故障位置有电弧的非对称发电机源短路电流
对于系统馈电故障的预期TRV可用与变压器馈电故障相同的方法确定。有必要获得在短路状态 下变压器的固有频率。这个频率可采用低压注入法进行测量。当使用电容器时，有必要考虑它们对实 际的TRV的影响。 在本文件中给出的TRV参数是由大量变压器和发电机的数据，通常由测量结果得出的，并且它们 能覆盖最苛刻的情况。 对于系统馈电故障和发电机馈电故障的TRV的计算可能是不准确的，因为建立合适的模型比较 复杂，并且必不可少的部分基于频率的精确数据可能无法获得
在下述两个条件下可能产生失步状态。 如果在最大180°反相之前，高压断路器通过相关的保护系统跳闸，那么将造成高压输电系统不 急定。对于发电机断路器，这种情况可不考虑。 如果用发电机断路器进行同步操作有误，而且发电机断路器有必要跳闸，这就可能产生失步 状态。 对于后种情况，在电流发生瞬间（t三0），失步电流交流分量的有效值（Ib）可以由公式（C.25)计算
Uoph一失步电压； X一一发电机的次瞬态电抗，单位为欧姆（Q)； X，一一变压器短路电抗，单位为欧姆（Q)； X。一一系统短路电抗，单位为欧姆（Q）。 注：同步操作一般在发电机额定电压下进行。 对于图46那样的系统图或者图C.4的示意图，发电机和发电机升压变压器串联情况下，公式 C.25）是有效的。 最终的失步电流低于t0时的初始失步电流，因为它基于发电机、变压器和系统的时间常数而 124
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降低。 对于图46所示的电站单线图，当发电机在失步状态之前处于空载时，失步电流可用公式（C.26)近 似计算（见图C.4）
示的电站单线图，当发电机在失步状态之前处于空载时，失步电流可用公式（C.26)近
V3U,G2 2UhSc 3UrG2 式中： ra+s+a. ra+,+r rd+ts+r (X/R) +,X (X/R)
电抗aad和s s=(X/R)/ T.=(X/R) /
C.4电站示意图（如图46所示单线图）
自辅助系统的若干百分比成分，一个半波时的电流峰值为234kA。这个电流峰值明显高于190kA的 发电机端故障短路电流（根据C.4.2的计算）。考虑到机械力以电流的平方增加，这么大的失步电流可 能会损坏发电机。因此，有必要采用适当的继电保护以避免180°的失步状态。 辅助系统对失步开合电流的成分宜根据电站的运行情况加以考虑。 对于90°失步状态，=/2，一个半波后的失步非对称电流峰值为166kA，它低于发电机端故障的短 路电流峰值。 在本例中触头分离时计算的失步电流为51kA。 对于TRV的计算，C.4中的考虑同样适用，对TRV的要求在表5中给出。 失步电流波形的计算通过正确模拟发电机性能的计算机程序来完成。同步操作有误产生的失步电 流会导致电流延时过零，它与发电机端故障（见9.3.9.1)相比完全不同。转子从初始失步角9。到=C 快速运动，当达到三0时，会产生一个非常小的故障电流交流分量和大部分的直流分量。同步操作有 误产生的失步电流包括对同步电机特性的精确描述。$=0条件达到的时刻取决于转子的运动。因此
发电机的涡轮机、转子和励磁设备的转动惯量就显得特别重要。图C.5所示为计算机模拟的失步条件 下的同步引起的故障电流，本例中的同步发生在当发电机断路器A相(U)拉开的触头之间的电压为零 时。由图C.5可以明显看出，当0（大约为同步后的150ms)时，故障电流的大部分为一个直流分量。 在具有延迟电流过零的故障情况下，发电机断路器有必要通过考虑了电弧电压影响的计算来证明 其具有强制电流过零的能力。9.3.9.1中描述的程序适用
图C.5考虑了同步电机转动惯量和在失步条件下同步时的预期故障电流 (失步角 Q=90°故障起始时 UA=0)
额定电压为21kV的发电机的额定电流如公式（C.27）： 588MVA/(21/3kV)=16200A C.27 假定最小运行电压为19.95kV（即0.9521kV）则发电机断路器能够承载的持续电流的最大有 效值如公式（C.28）： 588MVA/(0.95X21X/3kV)=17020 A 本例中的发电机断路器为强迫空气冷却。图C.6解释了当强迫空气冷却失效时，发电机断路器电 流额定值的计算程序， 当强迫空气冷却运行时，发电机断路器能够承受发电机的额定电流。如果冷却系统发生失效，则从 时刻后开始，电流有必要以R（kA/min)的下降速率降低，以使断路器的温度不超过最热点充许的总 温度0max。允许的温度受发电机断路器使用的材料的限制（见GB/T11022一2020的表14），以使发电 机断路器的任何部件都不被劣化。 由于电流较低导致的温度下降，并趋向于允许的最热点温度の。。在t时刻冷却恢复，并且电流增 加到发电机的额定电流。因而温度下降到最热点允许的温度。。这种事故程序由制造厂规定。 当冷却系统较为复杂（如发电机断路器采用水冷，而母线管采用强迫空气冷却）时，采用类似的程 序。事故规范包括在这种情况下对图7所示的每种冷却系统失效的处理程序
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C.8发电机断路器的电气特性
下面是本例中选择的发电机断路器的电气特性： 额定电压 22.05 kV 额定绝缘水平： 额定工频耐受电压： 60kV(有效值) 额定雷电冲击耐受电压： 125kV(峰值) 额定电流： 17 020A 额定关合电流： 321 kA 额定系统源短路开断电流 交流分量有效值： 116.4 KA 非对称度： 61.3% 以下电气参数是用C.4和C.6中的公式估算得出的。 发电机源短路开断电流 交流分量有效值： 53.2kA 非对称度： 110.1% 失步开断电流 交流分量有效值： 51.0 kA 非对称度： 89.4% 为了选择合适的发由机断路器 最准确的计管需要 面过运行计算机程序模拟发
图C.6冷却介质丧失时发电机断路器的温度和负荷电流
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见图C.5）中最后模拟的结果考虑了同步机的惯性，结果如下： 失步开断电流 发电机侧电压即升压变的低压侧滞后系统电压 交流分量有效值： 37.9kA 非对称度： 120.6% 发电机侧电压即升压变的低压侧超前系统电压 交流分量有效值： 34.9kA 非对称度： 128.3% 从上述结果可以看出，失步故障电流的交流分量的减少导致触头分离时的非对称度高于100%，并 因此导致电流延迟过零。尤其与发电机侧电压超前系统电压的情况下相比，在发电机侧电压滞后系统 电压的情况下，故障电流的交流分量更高。另一方面，与发电机侧电压滞后系统电压的情况下相比，在 发电机侧电压超前系统电压的情况下，非对称度更高
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（资料性） 发电机源短路开断电流非对称度的确定
电流非对称度定义为某一时刻由电流波形包络线确定的直流分量与交流分量峰值的比值（见3.7.26）。 发电机源短路电流的交流分量比直流分量衰减得快。交流分量的衰减是由发电机的次瞬态和瞬态时间 常数决定的，而直流分量的衰减是由电枢时间常数决定的。因此，触头分离时直流分量要比交流分量的 峰值高。在这种情况下，故障电流的非对称度高于100%，从而导致电流延迟过零。此外，故障发生前 发电机是否空载以及输送功率时功率因数是超前还是滞后，都会使发电机源短路电流的交流分量的幅 直和非对称度发生变化。如果故障发生时某一相的电压刚好过零，就会导致这一相的故障电流出现最 大非对称度。对不同额定值的众多发电机的调查表明：非对称度可以很高，甚至超过130%。 图D.1所示为故障发生在电压零点时发电机源短路电流的典型波形图。起初非对称度随着交流分 量的快速衰减而增大，直到达到最大值约为148%，之后当交流分量接近稳态时开始衰减。 在大容量试验站很难再现这样的电流波形图，尤其是交流分量的衰减。此外，电厂中由发电机预加 我荷引起的非对称度远高于试验站所能调节的非对称度。因此，为了重现类似于电厂应用中所观察到 的开断条件，试验要求将非对称度设置为与触头分离时刻无关的常量。图D.1中的水平点划线表示将 非对称度设为130%作为试验方式6A和6B的要求（见表15和表16）。 考虑到发电机的各型设计性能不同，试验站可能无法模拟所需电流的波形。因此发电机断路器开 断具有延迟电流零点的短路电流的能力有必要通过计算确定（见9.3.6.3.6.3），并且把来源于有限数量 的适当试验的结果考虑在内（见7.105）
图D.1预期的发电机源短路电流（故障发生在电压过零点）
在型式试验中，通常应区分下述类型的公差： 直接决定试品承受应力的试验参量的公差； 与试品在试验前后的状态及性能相关的公差； 试验条件的公差； 与使用的测量设备参数相关的公差。 在表E.1中，仅考虑试验参量的偏差。 偏差定义为在本文件规定的试验值的范围，测量到的试验值应在该范围内，本次试验方有效。 在此，不考虑因测量不确定度所引起的测量到的试验值与真实试验值的任何偏差。 型式试验中，应用试验参量公差的基本规则如下 ）在任何情况下，试验站的目标是标准规定的试验值。 D) 试验站应观测规定的试验参量的偏差。仅当制造厂同意时，才允许断路器承受的应力超过这 些公差的较高值。试品承受较低的应力会导致试验无效， C 当本文件或其他适用的标准没有给出试验参量的公差时，型式试验应在不比规定值欠严的数 值下进行。其上限应力值应征得制造厂的同意 d 若只给出某试验参量一侧的限值，则认为另一侧限值应为尽可能地接近标准的规定值
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E.1记录的资料及结果
型式试验报告中应包括所有相关的型式试验资科及结果。 应记录所有符合F.2的所有操作的示波图 型式试验报告应包括和试验用测量系统不确定度相关的叙述。该叙述应参考试验室内部程序，通 过该程序可建立测量不确定度的溯源性。 型式试验报告应包括每一试验方式中发电机断路器性能及每一试验方式后（在检查范围内）和一系 列试验方式结束时发电机断路器状态的叙述。叙述应包括下列内容： a 发电机断路器的状态，给出所做的所有替换或调整的细节以及触头、油（包括油量的减少）的状 态和电弧屏蔽、外壳、绝缘子及套管损坏情况的描述； b）试验期间性能的描述，包括油、气体或火焰的喷出
F.2型式试验报告应包括的信息
报告中应包括下述信息： a）试验日期； b）参考的报告编号； c）试验个数； d）示波图个数
报告中应包括下述信息： a） 试验日期； b）参考的报告编号； c）试验个数； d）示波图个数
GB/T11022一2020的附录G.2及下列条件适用 试验报告中给出的参考图号应指明制造厂的参考号、修订号和相关内容。 适用时，应包含参考的机械行程特性，或通过用参考图号或等效的方法记录在试验报告中。
GB/T11022一2020的附录G.2及下列条件适用。 试验报告中给出的参考图号应指明制造厂的参考号、修订号和相关内容。 适用时，应包含参考的机械行程特性，或通过用参考图号或等效的方法记录在试验报告中
F.2.3发电机断路器.包括其操动机构和辅助设备的额定参数
F.2.4试验条件（对试验的每个系列）
型式试验报告应包括以下内容： a) 极数； b) 频率,Hz; c) 发电机中性点（接地或绝缘）； d) 变压器中性点（接地或绝缘）； e) 短路点或负载侧中性点（接地或绝缘）； S 包括接地的试验回路图； 发电机断路器接人试验回路的细节（例如，方向）； R 134
h）绝缘和/或灭弧用流体的压力
h）绝缘和/或灭弧用流体的压力； i）摄作用流体的压力
E.2.5短路关合和开断
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型式试验报告应包括以下内容。 a）操作顺序和时间间隔。 b）外施电压，kV。 关合电流（峰值），kA。 试验方式2、5、6A和6B的预期电流： 1）每相及平均的交流分量有效值，kA； 2） 触头分离时刻的非对称度（适用于试验方式5、6A和6B）： 预期的最后电流半波的电流峰值（仅适用于试验方式2，且针对具有最大非对称度相）： 4） 预期的最后电流半波的持续时间（仅适用于试验方式2，且针对具有最大非对称度的相和 首开极）； 5） 电流第一次过零前电流峰值的个数及相对最小值（仅适用于试验方式5、6A和6B）。 e） 开断电流： 1） 每相及平均的交流分量有效值，kA； 2） 触头分离时刻的非对称度； 3） 最后电流半波的电流峰值； 4） 最后电流半波的持续时间。 f 工频恢复电压，kV。 g 瞬态恢复电压： 1）按照7.103.8和7.105.8要求的预期瞬态恢复电压； 2） 实际试验中的瞬态恢复电压。 电弧参数： 1） 燃弧时间，mS； 2）弧压（仅适用于试验方式5、6A和6B）。 i） 分闸时间，ms。 j 开断时间，ms。 如适用，应给出直到主电弧熄灭瞬间的开断时间和直到阻性电流开断瞬间的开断时间。 k） 合闸时间，mS。 关合时间，ms。 m）试验中发电机断路器的性能，包括喷出的火焰、气体、油等（适用时），应记录发生的NSDD。 n 试验后的状态。 ? 试验期间零部件的更新和修复
F.2.6 短时耐受电流试验
型式试验报告应包括以下内容。 a）电流： 1）有效值，kA； 2）第一个峰值，kA。 b） 持续时间，S。 c）基于规定的短时电流的等效持续时间,s。
试验期间发电机断路器的性能。 e) 试验后的状态 f）试验前后主回路的电阻，u
型式试验报告应包括以下内容： a）关合和开断试验前（见7.102.6）；
E.2.8失步关合和开断试验
型式试验报告应包括以下内容。 a）试验方式OP1和OP2的预期电流： 1 每相及平均的交流分量有效值，kA； 预期的最后电流半波的电流峰值（仅适用于试验方式OP2，且针对具有最大非对称 相）； 3） 预期的最后电流半波的持续时间（仅适用于试验方式OP2，且针对具有最大非对称度 相和首开极）。 外施电压，kV。 c） 关合电流（峰值），kA。 d 开断电流： 1） 每相及平均的交流分量有效值，kA； 2 触头分离时刻的非对称度； 3） 最后电流半波的电流峰值； 4）最后电流半波的持续时间。 e） 工频恢复电压，kV。 瞬态恢复电压： 1）按照7.106.6要求的预期瞬态恢复电压； 2）实际试验中的瞬态恢复电压。 g） 燃弧时间，mS。 h） 分闸时间，ms。 开断时间，m5。 合闸时间，mS。 K 关合时间，ms。 阻性电流持续时间（如果适用），mS。 m）试验中发电机断路器的状态，包括喷出的火焰、气体、油等（适用时），应记录发生的NSDD。 试验后的状态。 试验期间零部件的更新和修复
E.2.9负荷电流开合试验
型式试验报告应包括以下内容。 a）每相及平均的交流分量有效值，kA b）工频恢复电压，kV。 ）瞬态恢复电压;
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1）按照7.106.6要求的预期瞬态恢复电压； 2）实际试验中的瞬态恢复电压。 燃弧时间，ms。 e 分闸时间，ms。 f 开断时间，ms g） 试验中发电机断路器的状态，包括喷出的火焰、气体、油等（适用时），应记录发生的NSDD 试验后的状态 i 试验期间零部件的更新和修复
E.2.10示波图和其他记录
应记录整个操作（包括预期试验)的示波图。应记录下述参量。其中某些量可能需要单独记录，可 需要多个具有不同时间刻度的示波图。 a 外施电压； b） 每极中的电流； ） 恢复电压； d） 合闸线圈中的电流和/或电压； e 分闸线圈中的电流和/或电压； f 适用于要求准确度的恰当的幅值和时间刻度； 名 机械行程特性（适用时）。 不能严格满足本文件要求的全部情况及所有偏差应在试验报告的开始部分明确指出
试品应安装在空气流通的试验室中，试验室的温度及湿度应按下面给出的循环。 该循环的一半，试品表面应是湿的，该循环的另一半，试品表面应是干燥的。为此，在试验室内，试 验循环由低空气温度[Tmin=（25土3）℃］阶段t和高空气温度[Tmx=（40士2）℃］阶段t2组成。两个 阶段的时间应相等。对于施加低空气温度的半个循环，雾的产生应予以保持（见图G.1）。 原则上，在低空气温度阶段开始时产生雾。然而为了加湿具有高热时间常数的材料的垂直表面，有 必要在低空气温度阶段内延迟开始雾的产生。 试验循环的持续时间取决于试品的热特性，并在高温和低温度阶段均应足够长，以使得所有的绝缘 表面变湿和干燥。为了达到这些条件，可向试验室内直接注人蒸汽或将热水以雾状喷人室内；蒸汽或雾 伏热水供给热量，或者必要时使用加热器，可使温度从25℃上升到40℃。把试品放在试验室内进行的 第一个循环是为了观察和检查这些条件。 注：高压断路器的低压元件的时间常数通常小于10min，图G.1中给出的时间间隔的持续时间为t1=10min、t2 20 min、t3=10 min 和 t,=20 min。 通过连续的或间断的在试验室每立方米的空间内雾化0.2L/h～0.4L/h的水（电阻特性在下面给 出)来获得雾。喷嘴的直径应小于10m；这样的雾可以通过机械喷雾器获得。喷洒的方向应使得试品 的表面不被直接喷到。试品上面的顶板不应有水滴落。产生雾的期间，试验室应关闭，不应有额外的强 追空气流通。 用于产生湿度的水，应是在试验室内收集到的，其电阻率应大于或等于100Q·m，且既不含盐 (NaC1）也不含腐蚀性元素， 试验室内空气的温度和相对湿度应在试品附近测量，并应在整个试验期间进行记录。温度下降时， 不规定相对湿度的数值，但是，温度保持在25℃期间，湿度应在80%以上。试验室内的空气应是流通 的，以保证试验室内的湿度均匀分布。 循环次数应为350次。 试验中和试验后，试品的操作特性不应受到影响。辅助和控制回路应能耐受1500V工频电压 1min。腐蚀的程度（如果有），应在试验报告中说明
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三绕组升压变压器条件下的故障
当两台发电机通过三绕组升压变压器连接到高压系统时，宜特别注意系统源短路电流。如果在 图H.1中的F位置发生三相对地故障，由于受到发电机2的电流的影响，宜由发电机断路器1开断的 系统源短路电流的交流分量和非对称度都会达到非常高的数值。 因为由发电机2反馈的故障电流交流分量不是常数，所以从发电机断路器1看到的短路电流的峰 值与发电机断路器1在触头分离时确定的短路开断电流交流分量有效值的比值可能会超过2.74这 标准值。
如果在图H.1中的F位置发生三相对地故障，系统源短路在计算时考虑到了发电机断路器2分闸 或合闸的情况，在发电机断路器2合闸的情况下，考虑到由发电机断路器1开断的故障电流会受到发电 机2的影响。假定故障起始发生在某一相的电压零点，引起的短路电流波形如图H.2所示。图中仅绘 出具有最大非对称度的那一相的电流，上限和下限波形分别对应于发电机断路器2合闸和分闸的情况 结果总结在表H.1中
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图H.2图H.1中F位置发生三相对地故障时由发电机断路器1开断的预期系统源短路电流 （仅绘出具有最大非对称度的那一相的电流创业嘉园住宅小区安全施工组织设计，故障起始时电压为零）
文顶日 故障电流的特征是具有相对较小的幅值和非常高的非对称度，并且经过几个周波才会遇到自然过零点。 这些延迟电流零点有不同的成因，并且与发电机终端故障及失步故障相关的电流相比较有很大不同， 这一电流的波形由一个工频振荡和一个瞬态电流叠加获得，其中瞬态电流过程由回路时间常数决定， 舞态分量包含两个衰减的指数函数：该波形是过阻尼的，因为阻尼部分比振荡部分占优势，如图H.3所 示。如果发电机断路器2有必要开断该电流，则强迫电流过零的能力通过计算的方式验证，在计算时考 德发电机断路器的电弧电压对预期短路电流的影响。 如果发电机断路器在能开断电流的时间间隔内（也就是在允许的最长燃弧时间内）能够强迫电流过 零，则认为发电机断路器开断给定的具有延迟电流零点的电流的能力得到了验证
H.3图H.1中F位置发生三相对地 斤的发电机2反馈的预期故障电 （仅绘出具有最大非对称） 重起始时电压为零）
原故障的TRV上升率：额定容量为65.5MVA～10
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图I.2系统源故障的TRV峰值（u。）倍数：额定容量为65.5MVA～100MVA的变压器
某铁路冬季施工方案效障的TRV上升率：额定容量为10MVA～50M
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