1000MW機組裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器（GCB）技術(shù)分析

姚世赟

摘要：隨著發(fā)電廠裝機容量的不斷增大，對斷路器開斷故障電流能力的要求不斷提高。為滿足系統(tǒng)安全性及可靠性，許多1000MW火電發(fā)電廠選擇裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器（GCB）。本文對1000MW是否裝設(shè)GCB，在多個層面進行對比，分析出機組裝設(shè)GCB的優(yōu)勢以及存在的風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：1000MW機組;GCB

1.發(fā)電廠裝設(shè)GCB的優(yōu)越性

1.1 有效提高發(fā)變組保護可靠性及選擇性

1000MW機組500kV系統(tǒng)出線大多數(shù)為312主接線，由于線路要求斷路器具備單相重合閘的功能，其操作執(zhí)行機構(gòu)不能用三相聯(lián)動機構(gòu)，只能采用分相操作機構(gòu)，此操作機構(gòu)在合閘或重合閘時都可能存在非同期合閘甚至非全相運行的情況，此時產(chǎn)生的負序電流在發(fā)電機轉(zhuǎn)子感應(yīng)出工頻電流，由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子承受負序磁場的能力非常有限，容易損壞。發(fā)電機出口斷路器GCB在這方面具有很大的優(yōu)勢，執(zhí)行機構(gòu)為三相聯(lián)動操作機構(gòu)，三相同期性高，有效避免非同期合閘的發(fā)生，而且GCB比500kV開關(guān)具有更好的快速動作特性，能夠更好的保障發(fā)電機組安全。

當主變壓器或高廠變出現(xiàn)匝間短路或者相間短路時，其故障嚴重程度隨著故障持續(xù)時間增加，變壓器內(nèi)部充滿變壓器油用于冷卻和隔絕繞組，隨著故障持續(xù)時間越長，油被電弧電解產(chǎn)生的氣體越多，對變壓器造成的損害越嚴重。主變壓器與發(fā)電機未配置GCB，當主變壓器或高廠變出現(xiàn)故障時，發(fā)變組保護只能跳開主變高壓側(cè)兩側(cè)開關(guān)，并無法迅速隔離主變低壓側(cè)的電源，發(fā)電機在停機滅磁過程到完全停止運行需要幾秒的時間，在此期間發(fā)電機仍對變壓器供電，變壓器內(nèi)部壓力繼續(xù)上升，將導(dǎo)致故障更加嚴重，甚至造成變壓器爆炸起火，威脅設(shè)備及人身安全。當機組配置GCB后，變壓器故障切除隔離時間迅速減少，GCB將在60ms內(nèi)跳開，同時主變高壓側(cè)兩側(cè)開關(guān)跳開，能夠迅速隔離故障變壓器高低壓兩側(cè)的電源，顯著縮短了故障持續(xù)的時間，防止事故進一步惡化。

當發(fā)電機發(fā)生內(nèi)部故障或由于汽輪機打閘及鍋爐MFT導(dǎo)致發(fā)電機解列時，配置GCB的機組在事故處理上更為簡化和高效，保護跳開GCB，主變壓器可以保持運行，有效減少故障范圍。若500kV主接線處于合環(huán)狀態(tài)，該故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)解環(huán)，有效保障電網(wǎng)系統(tǒng)運行可靠性。另外，裝設(shè)GCB可以簡化事故處理的操作流程，減少了廠用電切換的操作環(huán)節(jié)，有效避免廠用電切換失敗等擴大事故范圍的情況出現(xiàn)，機組安全可靠性更高。

與此同時，1000MW機組配置發(fā)電機出口GCB，可以將發(fā)電機保護與變壓器保護區(qū)分開來，在機組發(fā)生故障時保護動作更有針對性，避免故障范圍的擴大，更有利于設(shè)備隔離檢修和機組重新啟動。

1.2 減少廠用電切換，提升廠用電可靠性

發(fā)電機出口未裝設(shè)GCB，在機組啟動和停運期間，必須通過啟備變來進行廠用電負荷切換，操作設(shè)備多，人工誤操作幾率增高，廠用變壓器和啟備變的短時并列運行對系統(tǒng)也有一定的沖擊。在廠用電切換操作過程中，由于高廠變的高壓側(cè)與啟備變高壓側(cè)通常來自不同電壓等級的電力系統(tǒng)，變壓器變比不同，當廠用電進行并聯(lián)切換時，必然會產(chǎn)生電壓差和相位差，從而在兩個變壓器間產(chǎn)生環(huán)流，長期累積將會縮短變壓器使用壽命。

配置GCB的機組，在減少廠用電切換操作提升廠用電可靠性具有很大的優(yōu)勢。廠用電切換多發(fā)生在機組啟停期間，機組未并網(wǎng)期間由于GCB在分閘位置，可以通過主變壓器為廠用電供電，機組并網(wǎng)后通過GCB合閘，廠用電便直接由發(fā)電機供應(yīng)，兩個階段均可避免廠用電切換。沒有廠用電切換，廠用電負荷尤其重要輔機不需要更換電源，避免因為工作狀態(tài)的改變影響輔機的工作電源，保障各負荷穩(wěn)定運行，有效提高廠用電源的安全可靠性。通過簡化廠用電切換，能夠有效防止由于設(shè)備故障或人為原因?qū)е轮匾o機跳閘甚至廠用電失電等危及機組安全運行的事故發(fā)生。

1.3 改善機組并網(wǎng)同期環(huán)境

正常情況下，沒有裝設(shè)發(fā)電機出口開關(guān)的機組在機組啟動時的同期并網(wǎng)操作只能通過主變壓器高壓側(cè)開關(guān)來進行。采用高壓斷路器進行同期操作具有風(fēng)險性，由于電壓等級高，同期時產(chǎn)生的過電壓較大，可能對開關(guān)及線路造成損壞，影響設(shè)備使用壽命。而且500kV斷路器執(zhí)行機構(gòu)都是分相操作機構(gòu)，機械操作上存在不同期性，同期過程中可能發(fā)生合閘不同期甚至三相不一致，對設(shè)備造成嚴重的威脅。

而配備發(fā)電機出口斷路器的機組，相較于SOOkV高壓斷路器而言，GCB的同期并網(wǎng)環(huán)境更好，電壓等級更低，受電壓沖擊小，有效延長設(shè)備壽命，1UGCB都是采用三相聯(lián)動機構(gòu)，也具有更高的快速動作性，能夠更好的完成同期并網(wǎng)操作。

1.4 節(jié)約備用電源容量

配備發(fā)電機出口開關(guān)的機組，機組起動及停運時廠用電負荷均可由主變高壓側(cè)電網(wǎng)系統(tǒng)通過主變壓器供電，啟備變無需承擔(dān)機組起停時的廠用負荷，僅在主變壓器和高廠變檢修或故障時作為備用。因此可以減少啟備變的臺數(shù)和容量，正常情況下啟備變都處于空載運行狀態(tài)，所造成的空載損耗是非常大的，容量的減少可以顯著減少機組在這方面的運行成本和費用。

2.配置發(fā)電機出口斷路器GCB的風(fēng)險

2.1 增加設(shè)備初始投資

1000MW機組正常運行時發(fā)電機出口電流高達27000A以上，分斷故障電流值要求更高，這對GCB的制造技術(shù)要求更嚴格，費用也更加昂貴，這將增加了發(fā)電廠的初期建設(shè)投入;同時，裝設(shè)GCB后，發(fā)電機出口線路也將變得更為繁雜，配置相應(yīng)的保護也需要成本的投入;另外，廠用電由高壓廠用變壓器供應(yīng)，為保證6kV系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，高廠變高壓側(cè)必須裝設(shè)有載調(diào)壓分接開關(guān)，這也變相增加發(fā)電廠的初始投資。

2.2 增加故障點，降低高廠變可靠性

裝設(shè)GCB的機組，雖然在發(fā)電機出口多了保護隔離點，但也因此多了一個隱患點，相對于故障率低的全封閉母線，當GCB出現(xiàn)故障時更容易引起機組故障停運。同樣，高廠變配置有載調(diào)壓裝置后，在高壓側(cè)相當于多了隱患點，當有載調(diào)壓裝置故障時也會導(dǎo)致機組的停運。同時由于GCB和有載調(diào)壓的技術(shù)比較高端，在設(shè)備發(fā)生故障后的維修或者返廠維護都會更加困難，也會影響機組的正常運行。

3.總結(jié)

通過對比，1000MW機組配置發(fā)電機出口GCB后，雖然會增加部分初始投資以及部分設(shè)備的安全風(fēng)險，但配置GCB的機組在安全和技術(shù)層面上具有更大的優(yōu)勢。1000M W機組裝設(shè)GCB，能夠保護機組重要設(shè)備的安全運行，在機組發(fā)生故障時保護更加快速高效，同時顯著避免廠用電切換帶來的不利影響，更在后期運行上節(jié)省啟備變?nèi)萘考翱蛰d損耗的費用，更具有經(jīng)濟性。

參考文獻

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