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1、勒诺断路器及其在发电机灭磁系统中的应用勒诺断路器及其在发电机灭磁系统中的应用（宜昌市劲康科技有限责任公司 龚元生） 内容提要 本文主要介绍了法国勒诺公司(LENOIR )生产的CBC、CBFC、CEX等系列断路器的技术性能、应用场所、应用电路等内容，并对勒诺断路器特别是CEX在发电机灭磁系统中的典型应用做了较详细的介绍，借以推动CEX在我国励磁系统中的应用。关键词 磁场断路器 灭磁系统一.序言法国勒诺公司生产的CBC、CBFC、CEX等系列直流、交流断路器是一系列为电力、冶金、铁路等多种应用领域需要多次操作的专业化断路器。尤其是CEX更是为发电机灭磁系统专业打造的磁场断路器，该断路器在欧美电力
2、行业已经得到非常广泛的应用。由于我国引进该断路器的历史较短，除广州抽水蓄能电厂直接由法国辅机生产厂家配套以外，只有广西岩滩电厂、三峡电厂和葛洲坝电厂选用了此类断路器，因此，许多人对该断路器几乎完全不认识。我们组织这篇文章在于使同行了解和认识勒诺公司的断路器系列，并逐步推广应用。二. 勒诺断路器的构造和技术特点由于我们的重点是磁场断路器，故下面主要介绍CEX系列磁场断路器的有关资料和应用。对于其他类型的断路器，我们将在相关内容中简介。2.1 CEX的外型和构造CEX系列断路器是法国勒诺公司（LENOIR）为线性及非线性电阻灭磁系统度身打造的专业化直流断路器。断路器典型的外型构造见图1、图2、图3
3、。图1：应用于葛洲坝电厂125MW机组的CEX 98 2560 4.2磁场断路器 图2：用于电力拖动的CBA 71 2000 4.0 图3：用于中小型发电机组的CEX 71 1250 2.12.2 CEX系列直流断路器的技术特点l 采用多断口且设置专用弧断口，即主弧断口功能分离CEX具有多个断口，并且断口的组合形式多变。特别是勒诺断路器的54、98等系列，其断口分主电极和辅助电极两种断口，其中主断口又分弧极（PC）带有主极和只有弧极而不带主极两种形式。主极具有较强的电流导通能力但不设灭弧罩，故没有灭弧的能力，断路器的额定电流主要是由主极的容量所决定；没有主极的断路器额定电流决定于弧极的通流能力
4、。断路器的主断口设有专用弧极，弧极的作用是在断路器跳闸时，较主极延迟一定的时间分断（无主极的断路器无此时间差），遮断电流并在弧室内建立电弧和弧压，以便将通过主极的电流转移到辅极及其线性或非线性灭磁电阻中，断路器的遮断能力主要是由弧极的断流能力所决定。经考察，此种结构类型的磁场断路器除CEX以外，ABB公司生产的AMF-CC断路器也同样采取了此种结构，不同的是AMF-CC的整体结构要复杂的多，其他类型的磁场断路器尚未见有类似的结构。国产DM2型灭磁开关的断口与CEX非常相近，工作原理也类似，只是CEX不能象DM2一样消耗转子的磁场能量。在主断口的应用上，如果不需要很高的弧压而仅仅需要较大的通流能
5、力时，可以将两个以上的主断口并联使用或选择虽然断口数量较少但具有主极且通流能力较强的断路器；如果需要较高的弧压而电流并不很大时，可以考虑使用小电流多断口的断路器或仅有弧极而无主极的断路器。总之，CEX具有非常灵活的应用方式，可以满足各种用户和应用场合的要求。l 接通灭磁电阻的专用辅助电极（常闭断口）；CEX系列断路器设有一个或多个与主电极同轴的辅助电极，他是此种断路器为线性或非线性灭磁电阻专设的辅助常闭断口。辅助电极在断路器跳闸时最先动作闭合，将线性或非线性灭磁电阻投入工作状态，在主电极分断并建立弧压时将转子所存储的能量转移并消耗到灭磁电阻上。通常情况下，CEX辅助电极的配置至少有一个，如果用
6、户需要时可以增加到四个。如果用户不需要辅助电极，应在订货时予以说明，厂方也可以根据用户需要取消辅极的装配或选用不带辅极的CBFC或CBC（大部分CBFC和CBC是不带辅助电极的，技术指标与CEX完全相同）。l 灭弧罩类型可选勒诺断路器主极弧断口的灭弧罩分金属隔栅和绝缘隔栅两种类型，一般情况下，发电机灭磁系统应选择使用金属隔栅灭弧罩。此种金属隔栅灭弧罩具有非常好的短弧效应，每个灭弧罩28片灭弧栅，按每片3040V电压计算，每个断口应该具有800V的建压能力。这个能力较ABB公司的E系列断路器（交流型框架式低压断路器，每个断口500V弧压）的18片要强60%以上。绝缘隔栅灭弧罩只适用于普通拖动电机
7、（如图2所示CBA断路器所用），如果对断口的弧压特性要求不是很严格时，绝缘隔栅灭弧罩也可以使用到发电机灭磁系统（国产DM4断路器就是绝缘隔栅灭弧罩），但断口弧压的特性不很稳定，尤其是小电流特性较差，使用中应尽可能避免。l 结构简单体积小，变化灵活勒诺断路器的结构非常简单，所有配件全部安装在一个通用的安装构架上，所有转动部分通过一根传动主轴与磁路（合闸机构）连接，并且没有一个器件是隐藏的，可以很直观地观察到断路器的工作状态。虽然轴向尺寸与国产DM4及ABB进口的E系列等断路器相比要大一些，但与国外同类产品相比还是比较容易接受的（断路器的详细外型尺寸见选型手册）。除三个以上主极的断路器以外，三个以
8、下主极的断路器均可以在1200mm宽的盘柜内安装。同时由于勒诺断路器的高度尺寸和绝缘飞弧尺寸较小，除对盘柜的宽度尺寸要求稍苛刻以外，盘内给其他控制元件留下的安装空间较富裕。为了使用户在较窄的盘柜中也能够安装大容量的断路器，在勒诺断路器的系列产品中还专门设计有双层结构的Donble系列，他可以使单层结构纵向尺寸偏大的断路器缩短为原来长度的一半，而高度尺寸仅在原来两倍高度尺寸上加上必要的飞弧距离。这种断路器的各项技术指标与单层断路器完全一致（包括动作时间和动作时间差）。l 检修维护方便、简单由于断路器的结构非常简单，故断路器的检修和维护都非常方便、简单，只要稍有电气检修常识就可以完成维护工作，本公
9、司给用户提供有全面的维护调试手册，按其要求操作基本不需要厂方的技术支持（必要时厂方仍然给予技术支持和服务）。l 模块化设计，额定电流范围大（80A6200A）在全部勒诺断路器中，按不同电流规格划分了几个框架结构，相同的框架结构中又采取了模块化设计，使相同的框架结构的配件达到通用化。通过模块化设计，使整个断路器系列达到80A6200A的电流等级。同时，相同系列中的所有附件都可以通用（如合闸电磁铁、分励跳闸线圈、机械闭锁机构、辅助接点等），不同电流等级断路器的附件全部可以互换。l 可根据用户的特殊要求设计除通用断路器以外，工厂还可以为用户提供特殊要求的设计。如改变长度尺寸、增加辅助接点数量或改变接
10、点配置、特殊的电流或电压等级等。l 双CEX型可达到标准CEX型不能满足的技术要求当选择的断口数量较多或断路器过长时，可以选择双层结构的布置（DoubleCEX系列，见图4）。双层结构的断路器为了保证所有断口动作的一致性，除电气回路上采取有必要的措施以外，在上下层之间专门设计有机械联动结构，以保证断路器上下层之间动作的同步和一致。 图4：应用于三峡电厂的D CEX 98 5500 8.4l 多种组合的分、合闸机构和辅助接点勒诺断路器的分、合闸机构和辅助接点配置非常灵活。断路器根据主电极的数量配置合闸机构，分励跳闸机构分单线圈和双线圈两种类型，用户可以随意进行选择。用于启动电动机的断路器往往不需
11、要电气和机械闭锁，故断路器可象接触器一样工作，有时候某些特殊应用场合也不需要分励跳闸线圈，此种断路器往往是不配置分励跳闸机构的（主要在交流型CBFC、CBA、CBC的断路器中应用）。断路器常规配置为二只D型（二常开、二常闭）和一只M3（一常开、两常闭或两常开、一常闭）型辅助接点，如果用户需要增加辅助接点的数量或改变辅助接点的型式，只需要根据选型手册提供的型号在订货时予以说明即可，工厂负责安装和配置。l 手动释能勒诺断路器在合闸状态下设置有完备的机械闭锁，跳闸时由跳闸线圈解除机械闭锁机构（电气释放）以后断路器方才能分断，正常运行时绝不会发生误掉闸现象。与其他断路器一样，勒诺断路器还专门设计有手动
12、释能跳闸按钮，以保证电气操作失败以后断路器仍然能够跳闸以及检修时的无电操作。没有机械闭锁机构的断路器无需手动释能。三. 灭磁系统对磁场断路器的要求由于磁场断路器是发电机灭磁系统中最关键的设备，对磁场断路器的要求可以说是极其重要的，一般情况下，对磁场断路器有以下技术要求：l 断口的配置对于静止可控硅整流励磁系统，无论是采用线性电阻还是非线性电阻灭磁系统，都要求磁场断路器最好能够有两个以上的主断口（每个极配置一个断口），在磁场断路器跳闸以后能够使发电机转子部分与整流装置完全分离，以便最大限度地减少整流装置对发电机转子的影响（尤其是在误强励状态下，一个断口的磁场断路器由于不能够将整流装置与发电机转子
13、完全隔离，在一定条件下整流装置会给转子提供远超过灭磁系统的最大能量）。在这一点上，虽然所有具有两个以上主断口的磁场断路器都可以做到，但某些磁场断路器由于其主断口的间隙较小，在断路器跳闸以后往往发生二次重燃现象，这是非常可怕的，因此，我们要求磁场断路器的主断口在跳闸以后至少保持一定的间距并且能够承受不低于10倍以上转子额定电压的耐压水平。勒诺断路器不仅具有多种断口组合方式，并且所有的断口间距都达到20mm以上，耐压水平都超过5000V，最大的可以达到7500V。当多个断口串联时，不仅能够提高断口所建立的弧压水平，而且绝缘和耐压水平都可以大大提高。选择串联断口数量时，主要的依据应该是高于击穿非线性
14、灭磁电阻所需要的断口弧压，断口的绝缘耐压水平一般是没有问题的。应根据发电机转子的额定工作电流选择合适的断路器额定电流。尽管勒诺断路器具有非常好的遮断特性，但选择断路器的额定电流时还是应该略微选大一些，以保证在励磁系统出现长时间误强励时仍然能够可靠地分断。当然，不能将断路器的额定电流选的过大，以免造成资金的浪费。l 对断路器各断口间动作时序的要求磁场断路器辅极断口的闭合应该较主断口分断提前一定的时间，以便辅极断口闭合以后能够有一个稳定的时间来保证灭磁电阻投入到发电机转子回路中工作。同时，辅极断口在断路器合闸状态下应当保持一定的开度，以防止在发电机正常工作状态下由于断口间距过小而发生放电（AMF-
15、CC断路器曾多次发生该现象）。CEX对各断口的动作时序是通过在方型同轴上的不同角度来控制各断口的动作时间的。断路器在出厂之前各断口的动作时序已经调整好，只要按说明书检测达到要求即可正常使用。l 对断路器各断口间同步性的要求多断口磁场断路器各相同功能断口之间动作的同步性要求尽可能一致，尤其是跳闸时的同步性应尽可能一致。当各断口动作的一致性较差时，各断口的弧压瞬时最大值不在同一时刻出现，断路器弧压的最大值将要大打折扣，严重时也可能影响到灭磁换流的成功率甚至烧毁磁场断路器，这是已经有许多经验教训的了。CEX断路器各极间相同功能断口的动作时差仅0.2ms，这是许多不同轴的国产磁场断路器做不到的（国产断
16、路器跳闸时的同步时差仅规定10ms）。l 断路器各极间的隔离磁场断路器极间隔离措施也是影响磁场断路器应用的重要环节，特别是发电机转子的额定电压或灭磁电压比较高时，应当考虑在断路器的极间采取隔离措施。过去，国产的磁场断路器虽然也采取了一定的隔离措施，但由于隔离措施没有达到要求，在断路器的遮断电流超过断路器的额定电流时，往往发生喷弧而造成极间短路，这是不允许的。CEX除各极间间隙尺寸较大以外，在极间还使用了超宽绝缘隔板等非常完善的隔离措施，可以保障极间不会发生放电现象。l 零配件的通用性零配件的通用性和适合性应最大限度地满足用户的要求。过去，几乎所有的断路器都各自产生了只有本型号适用的零配件，因此，当用户需要零配件时，不是只购买配件，而是要将整台断路器买回，然后拆零配
