（浙江中水工程技术有限公司310002）
摘要：本电站为梯级开发的第二级引水式电站，设置10kV近区变为上下游两座大坝供电，近区变电源由发电机母线引接，本文通过分析近区变电源侧断路器短路电流直流分量值为近区变断路器的最终选型奠定基础。
关键词：水电站；近区变；断路器
一、引言
本工程为梯级开发的第二级引水式电站，装机台数为两台，总装机容量为25MW，发电机-变压器组合采用单母线接线，110kV侧采用变压器-线路组接线；近区变及厂用变接于发电机母线，电气主接线简图见下图所示：
本文主要针对本工程近区变电源侧短路电流直流分量计算进行探讨，并对近区变电源侧断路器开断能力选型进行论证，确定该断路器开断电流电流直流分量参数选择能否满足设计要求。
二、高压断路器的开断能力校验
开断性能是断路器最重要的性能之一，在电力系统发生短路故障时，短路电流比正常负荷电流大的多，电路难以开断。断路器的开断能力就是指断路器安全切断故障电流的能力，高压断路器的额定开断电流，包括开断短路电流的周期分量和直流分量部分。从断路器熄弧原理上来说，断路器在电流过零时熄弧，然后重燃，直流分量的存在使电流没有过零点，因而熄弧更加困难，因此设计手册规定当短路电流中直流分量不超过周期分量的20%时，可只按开断短路电流的周期分量均方根选择断路器；当短路电流中直流分量超过交流分量幅值的20%时，应分别按额定短路开断电流的交流分量均方根值和开断直流分量百分比选择。
根据设计手册要求，用短路电流校验断路器的开断能力时，应选择在系统中流经断路器的短路电流最大的短路点进行校验，根据本工程主接线简图，选择图中K点处作为短路电流的计算点。
三、近区变断路器短路电流直流分量的特点
近区变断路器的额定短路分断能力、工频和雷电冲击耐压水平、机械特性等考核项目与其它断路器基本相同，但本工程近区变电源由发电机母线引接，考虑发电机电感值相对较大，发电机侧的故障电流直流分量和衰减时间常数均较大，若在断路器下桩头侧发生短路故障，来自发电机侧的短路电流由于具有较高的直流分量，可能会产生较长的延时电流零点；同时近区变断路器采用速断保护作为主保护其保护的动作时间相对差动保护动作时间大，即意味着近区变断路器在短路故障发生时其继电保护动作时故障电流的直流分量衰减相对较大，没有必要直接选择发电机断路器作为保护电器，因此分析近区变电源侧的短路故障电流直流分量很有必要。
四、校验点处短路电流
本次计算的短路电流计算成果采用业主单位提供的短路电流作为计算依据：最大运行方式下系统侧供给本电站10kV发电机母线短路电流周期分量为11kA，直流分量为7.47kA（35ms）；两台发电机侧供给发电机母线短路电流周期分量为11.65kA，直流分量为16.5kA（35ms）；由主接线简图知，校验点处短路电流可按发电机母线短路电流大小一致处理。
五、短路电流直流分量计算
1、短路电流直流分量衰减系数计算公式
根据SL585-2012《水利水电工程三相交流系统短路电流计算导则》，在短路电流实用计算中短路电流的直流分量衰减系数为K=，其中Ta为衰减时间常数。
2、短路电流直流分量计算衰减时间常数的确定
查阅本工程发电机厂提供的资料，发电机的短路直流分量衰减时间常数Ta为96ms；
根据GB1984-2014《高压交流断路器》：电力系统标准直流分量衰减时间常数为45ms；
3、短路电流直流分量计算实际开断时间的确定
根据SL561《水利水电工程导体和电器选择设计技术规定》：在校核断路器断流能力时，宜取断路器实际开断时间（主保护动作时间与断路器分闸时间之和）的短路电流作为校验条件；
根据本工程断路器厂家的型式试验报告断路器的固有分闸时间为40ms；
根据继电保护设备厂家资料继电保护的启动时间+执行时间（不含延时机构）之和为40ms；
因此本工程断路器实际开断时间为80ms；
4、短路电流直流分量计算
当取t为35ms，Ta为96ms时；即35ms时发电机支路直流分量衰减系数K===0.6945；
当取t为35ms，Ta为45ms时；即35ms时系统支路直流分量衰减系数K===0.459；
根据前述条件取t为80ms，Ta为96ms时；即80ms时发电机支路直流分量衰减系数K===0.4346；
根据前述条件取t为80ms，Ta为45ms时；即80ms时发电机支路直流分量衰减系数K===0.169；
利用插值法，则当在断路器实际开断时，流过断路器的瞬时直流分量为:
六、结束语
本文针对小型水电站近区变断路器短路电流分量计算作了实用计算，为近区变断路器的选型奠定坚实的基础，也对发电机断路器GCB的选型计算具有实际参考意义。
参考文献
1、GB1984-2014《高压交流断路器》
2、SL561《水利水电工程导体和电器选择设计技术规定》
3、SL585-2012《水利水电工程三相交流系统短路电流计算导则》
4、DL/T615-2013《高压交流断路器参数选用导则》
5、中国电力出版社《电力工程设计手册一次部分》