論電氣主接線與裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器的關(guān)系

董紅偉（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰025350）

從原理上說(shuō)，發(fā)電機(jī)出口斷路器（GeneratorCircuit-Breaker，簡(jiǎn)稱GCB）和一般斷路器之間區(qū)別不大，但由于發(fā)電機(jī)本身功率較大，出現(xiàn)問(wèn)題之后直流分量瞬間提升，因此，在選擇斷路器配件時(shí)要求發(fā)電機(jī)斷路器動(dòng)作時(shí)間必須很短。在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，斷路器可以在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間設(shè)立一個(gè)可控制的“斷點(diǎn)”，將發(fā)電機(jī)組的故障與電網(wǎng)隔離開(kāi)來(lái)，避免并網(wǎng)運(yùn)行造成的破壞。

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度越來(lái)越快，科學(xué)技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越普及，各行業(yè)對(duì)電力的需求也不斷提高。在工業(yè)生產(chǎn)中，以電力為驅(qū)動(dòng)的設(shè)備種類(lèi)、數(shù)量越來(lái)越多，而在生活、工作和學(xué)習(xí)方面，以計(jì)算機(jī)為代表的現(xiàn)代電氣產(chǎn)品也越來(lái)越多，甚至在某些層面取代了傳統(tǒng)的辦公方式，一些企事業(yè)單位甚至出現(xiàn)了停電就無(wú)法辦公的局面。

基于以上問(wèn)題，為了緩解電力資源的供應(yīng)緊張問(wèn)題，“十二五”期間我國(guó)先后建立了多個(gè)大型發(fā)電機(jī)組，其中60%左右為燃煤發(fā)電機(jī)組，并不斷增加水電、風(fēng)電等比例，來(lái)提高綠色能源的比例。但是，隨著大型發(fā)電機(jī)的建立，與電網(wǎng)之間切換頻繁造成一定的安全隱患，發(fā)電機(jī)出口缺乏斷路器設(shè)置尤為明顯；處于安全角度考慮，在大容量發(fā)電機(jī)的出口安裝斷路器，已經(jīng)成為保護(hù)發(fā)電機(jī)以及其他主要電力設(shè)備的主要措施。

發(fā)電機(jī)出口斷路器即一種斷開(kāi)電氣設(shè)備，安裝位置在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)系統(tǒng)之間，它的存在可以促使主導(dǎo)程序的停止和啟動(dòng)，相對(duì)而言，較之缺乏出口斷路器的電機(jī)組在事故數(shù)量、事故范圍等方面更小。換句話說(shuō)，出口斷路器相當(dāng)于是一個(gè)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，要實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的連接就要保持閉合狀態(tài)，反之，當(dāng)它斷開(kāi)之后發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)之間也就沒(méi)有了聯(lián)系，電力系統(tǒng)的功能喪失。

就目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)在發(fā)電機(jī)出口安裝斷路器的數(shù)量很有限，其原因除了成本之外，也和電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式相關(guān)，從側(cè)面表現(xiàn)出我國(guó)電力生產(chǎn)企業(yè)亟待標(biāo)準(zhǔn)化改造的需求。

1 發(fā)電機(jī)出口斷路器應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

事實(shí)上，關(guān)于是否在發(fā)電機(jī)出口安裝斷路器一直是業(yè)內(nèi)爭(zhēng)論的話題，支持者認(rèn)為有助于發(fā)電機(jī)設(shè)備及電網(wǎng)保護(hù)，反對(duì)者認(rèn)為毫無(wú)必要，因?yàn)閿嗦菲鞴ぷ鞯沫h(huán)境必須要經(jīng)過(guò)的電流數(shù)值比較大才能生效，且造價(jià)昂貴，對(duì)于我國(guó)發(fā)電企業(yè)而言是個(gè)不小的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。筆者肯定安裝出口斷路器的優(yōu)勢(shì)，由于我國(guó)早期發(fā)電機(jī)的巨大額定電流和短路電流等直流分量過(guò)大，導(dǎo)致出口斷路器的適應(yīng)性較差，想要滿足低電壓、大電流的要求十分困難，造價(jià)自然也大幅度提升。同時(shí)，我國(guó)發(fā)電機(jī)組大致分為兩類(lèi)，小容量機(jī)組的單機(jī)容量在200MW以下，而大容量機(jī)組的單機(jī)容量在200MW以上，大機(jī)組采用的發(fā)電機(jī)變壓器單元接線應(yīng)該使用隔離開(kāi)關(guān)，從客觀方面提出了要求。

以下筆者針對(duì)發(fā)電機(jī)出口斷路器的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行總結(jié)。

1.1 有利于系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性

出于安全考慮，我國(guó)針對(duì)200MW以上的發(fā)電機(jī)組所采用的大多是單元接線，而從經(jīng)濟(jì)性考慮，在這種接線方式的實(shí)際操作中，并沒(méi)有在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)（變壓器）之間安裝出口斷路器，如此一來(lái)就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)缺乏繼電保護(hù)。從操作角度來(lái)說(shuō)，單元接線的方式簡(jiǎn)單、便捷，可以縮短施工工期，減少一次性經(jīng)濟(jì)投入。但是，這種簡(jiǎn)化了的電路接線方式卻忽視了穩(wěn)定獨(dú)立性的需求，完全取決于高壓斷路器的保護(hù)能力；如果高壓斷路器不能發(fā)揮應(yīng)有功能，而發(fā)電機(jī)和變壓器并沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)地故障停車(chē)，必然導(dǎo)致整個(gè)供電系統(tǒng)的損壞或故障，引發(fā)變壓器起火等問(wèn)題。

根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)分析，如果在發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)出口安裝斷路器，最短在50毫秒就可以斷開(kāi)與供電系統(tǒng)的聯(lián)系，有效地保護(hù)發(fā)電機(jī)組和變壓器的安全，從突發(fā)性事故和長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行角度分析，GCB的安裝都是很必要的。

1.2 有利于保護(hù)發(fā)電機(jī)和變壓器

電力問(wèn)題發(fā)生是多方面的，并非僅僅是電網(wǎng)或電力系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)本身也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，如不平衡負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、內(nèi)外部不對(duì)稱短路等，會(huì)導(dǎo)致電極出現(xiàn)機(jī)械發(fā)熱或電流間斷，這種情況下所產(chǎn)生的高溫會(huì)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼上產(chǎn)生影響，并進(jìn)一步導(dǎo)致轉(zhuǎn)子受損。在這種情況下，應(yīng)該及時(shí)切斷它與電力系統(tǒng)的聯(lián)系，對(duì)主變壓器進(jìn)行保護(hù)。

1.3 有利于提高保護(hù)選擇性

針對(duì)發(fā)電機(jī)發(fā)生的故障來(lái)說(shuō)，出口斷路器可以將故障點(diǎn)與系統(tǒng)進(jìn)行隔離，同時(shí)也避免了頻繁的用電事故切換，廠用電源的保護(hù)接線得到了大幅度簡(jiǎn)化，同時(shí)也降低了保護(hù)動(dòng)作復(fù)雜性。在新型技術(shù)的參與下，出口斷路器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切除，將發(fā)電機(jī)、主變壓器以及其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)獨(dú)立保護(hù)。

1.4 方便調(diào)試和改善

出口斷路器之所以能夠發(fā)揮完善的保護(hù)功能，與安裝的位置有很大的關(guān)系，它可以在不中斷發(fā)電廠電源的情況下把發(fā)電機(jī)系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，減少了復(fù)雜的人工操作局面，規(guī)避了可能出現(xiàn)的操作失誤。

2 電氣主接線與裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器的關(guān)系

2.1 電氣主接線

第一，單元制電氣主接線。通常情況下，單元制電氣主接線由一臺(tái)發(fā)電機(jī)和一臺(tái)變壓器構(gòu)成，而發(fā)電機(jī)和主變壓器之間出現(xiàn)一個(gè)分支，引出一臺(tái)發(fā)電廠用變壓器，然后再用分相封閉母線把主變壓器、發(fā)電機(jī)和廠用變壓器組合起來(lái)構(gòu)成一個(gè)整體。這其中，發(fā)電機(jī)、廠用變壓器和主變壓器三者之間是不設(shè)置斷路器的，而在主變壓器的高壓側(cè)，即對(duì)電力系統(tǒng)方面設(shè)置斷路器裝備，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)并網(wǎng)和停車(chē)斷電的需要。

第二，模塊化電氣主接線。我國(guó)所采用的模塊化電氣主接線類(lèi)型并不多，其形式也是一臺(tái)發(fā)電機(jī)、一臺(tái)主變壓器構(gòu)成，但在發(fā)電機(jī)的出口安裝一臺(tái)斷路器，然后再二者之間在引出一個(gè)分支，用于連接廠用變壓器；將三者通過(guò)封閉母線聯(lián)系在一起，不難看出，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行或停車(chē)中，發(fā)電機(jī)斷路器介入電網(wǎng)或者從電網(wǎng)隔離，主變壓器都能夠維持正常的帶電運(yùn)行。

2.2 單元制與模塊化的比較

兩種方式在我國(guó)電力企業(yè)中皆有運(yùn)用，但存在的優(yōu)劣差異也較為明顯。

首先，運(yùn)行維修和實(shí)驗(yàn)方面。單元制接線的缺點(diǎn)是很明顯的，發(fā)電機(jī)組體啟動(dòng)和停車(chē)之前，都要進(jìn)行廠用電源的切換工作，包括正常的停車(chē)和事故停車(chē)，以及必要的維護(hù)檢修時(shí)間。這樣一來(lái)，頻繁的切換操作會(huì)導(dǎo)致瞬變現(xiàn)象。同時(shí)，發(fā)電機(jī)組和變壓器是不能分開(kāi)進(jìn)行檢修的，當(dāng)然也不能分開(kāi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而模塊化在并網(wǎng)和正常運(yùn)行中，主變壓器由于斷路器合閘的關(guān)系，設(shè)備停車(chē)依然維持廠電正常，安全靈活，不需要進(jìn)行電源切換。

其次，可用率比較。發(fā)電系統(tǒng)最主要的影響因素包括兩個(gè)，其一為故障率，其二為修理時(shí)間。如果整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的機(jī)率較大，必然會(huì)導(dǎo)致發(fā)電量不足或安全隱患增多，同時(shí)，由于發(fā)電機(jī)斷路器的絕緣狀態(tài)為中壓絕緣，分相封閉，所以故障率較低，大部分故障因素是出現(xiàn)在接線過(guò)程中。修理時(shí)間與發(fā)生故障的次數(shù)有一定關(guān)系，但更多的則需要考慮維修的難度，采用斷路器保護(hù)的方式，在維修中大多采用更換部件的方式，如此一來(lái)可用率自然提高。

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