裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器優(yōu)越性的分析

路俊杰　邢曉鵬

【摘要】本文首先就“什么是發(fā)電機(jī)出口斷路器？”這一問題作了相關(guān)解釋，并對(duì)發(fā)電機(jī)出口斷路器所具有的功能和作用作了簡(jiǎn)要的介紹；然后分析了發(fā)電機(jī)出口斷路器的安裝技術(shù)；最后從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面入手，淺談了一下在發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)之間安裝斷路器的好處，以供相關(guān)同志參考。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）；電力系統(tǒng)：優(yōu)越性：技術(shù)分析：經(jīng)濟(jì)比較

【中圖分類號(hào)】TM561 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）04-0039-01

在我國(guó)，對(duì)于大容量發(fā)電機(jī)的出口處是否應(yīng)該設(shè)置和安裝斷路器，來保護(hù)發(fā)電機(jī)和主要電力設(shè)備的安全這一問題受到了社會(huì)部分人士普遍的關(guān)注與爭(zhēng)議。當(dāng)前，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)用電的需求量也越來越大，我國(guó)電力工業(yè)的制電和發(fā)電量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，無法滿足社會(huì)用電的需求。為了緩解電力緊張，我國(guó)各城市各地區(qū)先后建立起了大型的燃煤發(fā)電機(jī)組，利用燃煤發(fā)電技術(shù)緩解和改善我國(guó)電力緊張的局面。然而，某些地區(qū)所建設(shè)的燃煤發(fā)電廠在進(jìn)行發(fā)電工作時(shí)，由于其發(fā)電機(jī)的出口處沒有裝設(shè)斷路器，導(dǎo)致其長(zhǎng)用電的切換只能在兩個(gè)不同期的電網(wǎng)之間進(jìn)行切換，不但為其發(fā)電工作帶來了不必要的瑪法，還增加了安全事故的發(fā)生率。由此來看，在某些大容量發(fā)電機(jī)出口處安裝斷路器是有一定必要性的。

一、發(fā)電機(jī)出口短路器的定義

發(fā)電機(jī)出口斷路器，英文簡(jiǎn)稱“GCB”，它是指安裝和作用在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)系統(tǒng)之間的一個(gè)斷開電氣設(shè)備，它可以主導(dǎo)程序的運(yùn)行與停止，并且可以對(duì)發(fā)電機(jī)以及變壓器的事故范圍起到減小的作用。簡(jiǎn)單來說，出口斷路器就相當(dāng)于一個(gè)電力開關(guān)，當(dāng)它連接時(shí)，發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)系統(tǒng)之間也進(jìn)行了連接，發(fā)電機(jī)工作、運(yùn)行，導(dǎo)致電力系統(tǒng)開始運(yùn)作，系統(tǒng)中的相關(guān)電氣設(shè)備，如照明、取暖等設(shè)備得以為人類提供服務(wù)；當(dāng)它斷開時(shí)，發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)之間的連接也隨之?dāng)嚅_，電力系統(tǒng)不再運(yùn)行。

就目前而言，我國(guó)對(duì)發(fā)電機(jī)出口斷路器的安裝例子并不多，因?yàn)槌隹跀嗦菲饕刂齐娏ο到y(tǒng)以及相關(guān)程序的運(yùn)行，所以它所需要，并且經(jīng)過它的電流數(shù)值較大，這便導(dǎo)致它的額定電流也變得極大。一般來說，發(fā)電機(jī)出口斷路器的額定電流大多在幾十千安以上，其設(shè)備的造價(jià)較為昂貴，所以當(dāng)前，我國(guó)相關(guān)行業(yè)中安裝出口斷路器的例子并不多。

二、裝設(shè)GOB技術(shù)分析

安裝在發(fā)電機(jī)出口的低電壓、大電流斷路器，其作用可謂舉足輕重。以前由于發(fā)電機(jī)巨大的額定電流和短路電流以及開斷電流的直流分量大，使得GCB制造困難，造價(jià)也甚高。考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，除小容量機(jī)組的發(fā)電機(jī)出口設(shè)置少油斷路器外（單機(jī)容量200 MW以下），一般大機(jī)組（單機(jī)容量200 MW及以上）大都采用發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線，盡量使用離相封閉母線不裝出口斷路器和隔離開關(guān)。近年來，隨著GCB制造質(zhì)量和技術(shù)的進(jìn)步，價(jià)格不斷降低，而如何提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性將越來越得到重視。下面就發(fā)電機(jī)出口設(shè)置斷路器的優(yōu)越性作一分析。

1、提高系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性

一般來說，我國(guó)對(duì)于200MW或200MW以上的發(fā)電機(jī)組所采用的接線方式是單元接線，并且這種單元接線方式在實(shí)際操作中并沒有在發(fā)電機(jī)和變壓電氣之間安裝GCB，從而使得其整個(gè)電力系統(tǒng)失去了相應(yīng)的繼電保護(hù)。單元接線方式的操作比較簡(jiǎn)單，但這種簡(jiǎn)化的電路接線方式卻使得發(fā)電機(jī)的運(yùn)作以及整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，完全取決于高壓斷路器運(yùn)行的可靠度，若高壓斷路器能夠可靠運(yùn)行，那么發(fā)電機(jī)便可正常發(fā)電，其所在的電力系統(tǒng)也可穩(wěn)定運(yùn)行；但如果高壓斷路器不能對(duì)其主變高壓電路進(jìn)行保護(hù)，使得主變高壓電路出現(xiàn)運(yùn)行故障，那么必然將影響到發(fā)電機(jī)的運(yùn)作，從而造成供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成巨大影響，甚至還既有可能造成變壓器設(shè)備損壞或出現(xiàn)火花，引起變壓器起火，造成大面積的停電，給相關(guān)企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

我國(guó)曾經(jīng)便發(fā)生過這樣的例子。某個(gè)發(fā)電廠由于其主變電路上高壓斷電器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致一系列的連鎖反應(yīng)出現(xiàn)，對(duì)發(fā)電機(jī)和變壓器造成損壞，影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，給發(fā)電廠帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。面對(duì)這樣的情況，如果其發(fā)電廠在發(fā)電機(jī)出口處裝設(shè)了GCB，那么則完全能夠減少事故的發(fā)生。GCB可在50～60 ms內(nèi)把機(jī)組與故障點(diǎn)分開大大縮短事故時(shí)間，從而有效地保護(hù)機(jī)組，保證電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，所以采用GCB將提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

2、保護(hù)發(fā)電機(jī)及主變壓器

當(dāng)發(fā)電機(jī)帶不平衡負(fù)荷運(yùn)行、內(nèi)部或外部發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)均會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生很嚴(yán)重的機(jī)械和熱應(yīng)力，這種故障電流及其非全相運(yùn)行的負(fù)序分量所引起的熱應(yīng)力加在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的阻尼繞組上，會(huì)產(chǎn)生異常的高溫而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子嚴(yán)重受損。除此以外，高壓斷路器的合、分閘不同期，避雷器的損壞，架空線或GIS連接套管上行波反射造成的接地故障都會(huì)對(duì)發(fā)電要造成影響，GCB可以迅速切除這些故障，使得發(fā)電機(jī)免遭損壞。但如果沒有裝設(shè)GCB，發(fā)電機(jī)會(huì)持續(xù)提供不平衡負(fù)載給故障點(diǎn)，直到滅磁裝置起作用。由于滅磁過程往往會(huì)持續(xù)幾秒鐘時(shí)間，甚至?xí)^10 s，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)嚴(yán)重的損壞。

雖然GCB不可能避免系統(tǒng)內(nèi)某一故障的發(fā)生，因?yàn)樵摴收峡赡苁悄骋辉O(shè)備固有的弱點(diǎn)或是外部原因所造成的，然而GCB可以減少加在設(shè)備上的各種應(yīng)力和故障所造成的損壞程度，并對(duì)主變壓器進(jìn)行保護(hù)。

3、提高保護(hù)選擇性

當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)發(fā)生故障時(shí)，GCB動(dòng)作將故障點(diǎn)與系統(tǒng)隔離，避免了廠用電事故切換，簡(jiǎn)化了廠用電源的控制保護(hù)接線，降低了保護(hù)動(dòng)作的聯(lián)鎖復(fù)雜性。當(dāng)主變壓器側(cè)故障時(shí)，GCB可以迅速切除，使得發(fā)電機(jī)、主變壓器和廠用高壓變壓器處于各自獨(dú)立的保護(hù)范圍內(nèi)。

4、方便調(diào)試和改善同期條件

GCB之所以能執(zhí)行機(jī)組所需的全部操作任務(wù)，是因?yàn)樗奈恢锰幵诨芈分凶钋‘?dāng)?shù)牡胤剑梢栽诓恢袛鄰S用電源的情況下將發(fā)電機(jī)斷開，這樣運(yùn)行人員也減少了操作，避免了出錯(cuò)的可能性。機(jī)組投運(yùn)進(jìn)行短路試驗(yàn)時(shí)，可很方便地實(shí)現(xiàn)使用接地開關(guān)，否則要進(jìn)行試驗(yàn)改接線，需投入額外的資金和時(shí)間，還有可能承擔(dān)不必要的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)電廠與電網(wǎng)的連接經(jīng)由高壓斷路器通過主變壓器受電時(shí)，同期點(diǎn)可由GCB來實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)同期在高壓側(cè)進(jìn)行操作時(shí)，高壓斷路器可能會(huì)受到過電壓作用。在污染較重的情況下，可能使高壓斷路器外部絕緣介質(zhì)的閃絡(luò)。再者，高壓斷路器一般都不是三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)的，所以在同期操作過程中就有可能產(chǎn)生有較大不同期，這樣會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不平衡負(fù)載，給發(fā)電機(jī)帶來嚴(yán)重的機(jī)械和熱應(yīng)力，從而損壞發(fā)電機(jī)。

三、裝設(shè)GCB經(jīng)濟(jì)比較

隨著主變壓器制造質(zhì)量的提高和GCB制造技術(shù)的進(jìn)步，大容量機(jī)組啟動(dòng)（備用）電源的設(shè)置原則正在發(fā)生變化。當(dāng)GCB的價(jià)格與啟動(dòng)/備用變、高低壓側(cè)開關(guān)等設(shè)備價(jià)格相比接近時(shí)，可以考慮不設(shè)專用的啟動(dòng)/備用變，而由主變通過廠用工作變提供起動(dòng)電源的方案，把一次投資降低至最少。即便設(shè)置啟動(dòng)/備用變把GCB的投資考慮在內(nèi)，在提高電廠可用率的同時(shí)，仍有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益增加。

四、結(jié)束語(yǔ)

由上述可見，使用GCB不僅可以保護(hù)發(fā)電機(jī)和變壓器，減少設(shè)備平均維護(hù)時(shí)間，改善了同期條件，使整個(gè)電廠的安全可靠性大大提高，方便電廠管理、運(yùn)行和維護(hù)，同時(shí)還能帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益，使整個(gè)電廠壽命周期內(nèi)維護(hù)成本得到降低，加快了廠的投資回報(bào)，因此大容量機(jī)組的電機(jī)出口裝設(shè)GCB是值得考慮采納方案之一。

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