1000MW機組裝設發電機出口斷路器（GCB）技術分析

姚世赟

摘要：隨著發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。為滿足系統安全性及可靠性，許多1000MW火電發電廠選擇裝設發電機出口斷路器（GCB）。本文對1000MW是否裝設GCB，在多個層面進行對比，分析出機組裝設GCB的優勢以及存在的風險。

關鍵詞：1000MW機組;GCB

1.發電廠裝設GCB的優越性

1.1 有效提高發變組保護可靠性及選擇性

1000MW機組500kV系統出線大多數為312主接線，由于線路要求斷路器具備單相重合閘的功能，其操作執行機構不能用三相聯動機構，只能采用分相操作機構，此操作機構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，此時產生的負序電流在發電機轉子感應出工頻電流，由于發電機轉子承受負序磁場的能力非常有限，容易損壞。發電機出口斷路器GCB在這方面具有很大的優勢，執行機構為三相聯動操作機構，三相同期性高，有效避免非同期合閘的發生，而且GCB比500kV開關具有更好的快速動作特性，能夠更好的保障發電機組安全。

當主變壓器或高廠變出現匝間短路或者相間短路時，其故障嚴重程度隨著故障持續時間增加，變壓器內部充滿變壓器油用于冷卻和隔絕繞組，隨著故障持續時間越長，油被電弧電解產生的氣體越多，對變壓器造成的損害越嚴重。主變壓器與發電機未配置GCB，當主變壓器或高廠變出現故障時，發變組保護只能跳開主變高壓側兩側開關，并無法迅速隔離主變低壓側的電源，發電機在停機滅磁過程到完全停止運行需要幾秒的時間，在此期間發電機仍對變壓器供電，變壓器內部壓力繼續上升，將導致故障更加嚴重，甚至造成變壓器爆炸起火，威脅設備及人身安全。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內跳開，同時主變高壓側兩側開關跳開，能夠迅速隔離故障變壓器高低壓兩側的電源，顯著縮短了故障持續的時間，防止事故進一步惡化。

當發電機發生內部故障或由于汽輪機打閘及鍋爐MFT導致發電機解列時，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主接線處于合環狀態，該故障不會導致系統解環，有效保障電網系統運行可靠性。另外，裝設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節，有效避免廠用電切換失敗等擴大事故范圍的情況出現，機組安全可靠性更高。

與此同時，1000MW機組配置發電機出口GCB，可以將發電機保護與變壓器保護區分開來，在機組發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

發電機出口未裝設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與啟備變高壓側通常來自不同電壓等級的電力系統，變壓器變比不同，當廠用電進行并聯切換時，必然會產生電壓差和相位差，從而在兩個變壓器間產生環流，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勢。廠用電切換多發生在機組啟停期間，機組未并網期間由于GCB在分閘位置，可以通過主變壓器為廠用電供電，機組并網后通過GCB合閘，廠用電便直接由發電機供應，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，避免因為工作狀態的改變影響輔機的工作電源，保障各負荷穩定運行，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備故障或人為原因導致重要輔機跳閘甚至廠用電失電等危及機組安全運行的事故發生。

1.3 改善機組并網同期環境

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

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

1.4 節約備用電源容量

配備發電機出口開關的機組，機組起動及停運時廠用電負荷均可由主變高壓側電網系統通過主變壓器供電，啟備變無需承擔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和容量，正常情況下啟備變都處于空載運行狀態，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.配置發電機出口斷路器GCB的風險

2.1 增加設備初始投資

1000MW機組正常運行時發電機出口電流高達27000A以上，分斷故障電流值要求更高，這對GCB的制造技術要求更嚴格，費用也更加昂貴，這將增加了發電廠的初期建設投入;同時，裝設GCB后，發電機出口線路也將變得更為繁雜，配置相應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，為保證6kV系統電壓穩定，高廠變高壓側必須裝設有載調壓分接開關，這也變相增加發電廠的初始投資。

2.2 增加故障點，降低高廠變可靠性

裝設GCB的機組，雖然在發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出現故障時更容易引起機組故障停運。同樣，高廠變配置有載調壓裝置后，在高壓側相當于多了隱患點，當有載調壓裝置故障時也會導致機組的停運。同時由于GCB和有載調壓的技術比較高端，在設備發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

通過對比，1000MW機組配置發電機出口GCB后，雖然會增加部分初始投資以及部分設備的安全風險，但配置GCB的機組在安全和技術層面上具有更大的優勢。1000M W機組裝設GCB，能夠保護機組重要設備的安全運行，在機組發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，更在后期運行上節省啟備變容量及空載損耗的費用，更具有經濟性。

參考文獻

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