装设发电机出口断路器优越性的分析

1国内外GCB的使用和成长状态
美国、英国、法国等蓬勃国家在电厂设计中，其年夜容发机电出口均斟酌装设GCB。今朝国内电厂采用GCB或发机电负荷开关电厂主要有天津蓟县、辽宁绥中、伊敏电厂、沙角C电厂（3×600MW）、上海外高桥电厂（2×900MW）、天津盘山（2×600MW）、葛洲坝水电厂、二滩水电厂、李家峡、生成桥等工程。曩昔GCB主要在水电工程和核电工程被普遍采用，近年来随着我国电力系统年夜电网、年夜机组、超高压的成长，怎样简化电厂的运行操作，提高机组的可用率和提高系统平安性和稳定性等问题越来越被获得重视，而GCB越的特征完全可以知足这些要求。

今朝国内制造商还没有能力生产与600MW品级年夜容机组配套的GCB，国外也ABB、GEC－ALSTHOM、MITSUBISHI等几家知名年夜公司有能力生产（主要技术参数详见表1）。GCB型式主要有少油型、空气型、SF6气体型和真空型。少油型GCB如沈阳高压开关厂20世纪60年月生产的SN3、SN4等，额定电流为5000～8000A，额定开断电流为58kA。空气型GCB，如法国A－A公司生产的PKG2型额定电压为36kV，额定电流11000A，额定开断电流58kA，该种断路器主要存在是产物体积年夜、噪声响、缺少中等容断路器等错误谬误，在我国葛洲坝水电厂有使用，运行情况秀。随着电力装备制造技术的成长，20世纪80年月ABB等公司推出以SF6气体为灭弧介的GCB，它运用SF6自灭弧原理，当动触头分隔时发生电弧来加热SF6气体，使其膨胀形成熄弧所需气体，同时电流流过固定触头内的线圈发生磁场，引发电弧旋转分手，保证荷载触头与灭弧触头正常工作。SF6型GCB今朝在国内外电厂有年夜的使用，它额定电流可达24000A，开断能力160kA，而且结构紧凑，故障率更低（＜0.3％），还可以集成CT、PT、接地开关等装备，成为多功能的组合电器。



综上所述，今朝国外GCB的技术成长十分迅速，各年夜公司竞相开发刷新技术，从原来的少油型向SF6型和真空型断路器成长，体积越来越小，额定电流和开断电流越来越年夜，机械寿命高达10000次以上，随着研发能力及制造技术的提高，GCB设置装备摆设庇护将更趋完善，靠得住性更高故障率更低。

2装设GCB技术分析
安装在发机电出口的低电压、年夜电流断路器，其作用可谓举足轻重。之前由于发机电庞大的额定电流和短路电流和开断电流的直流份年夜，使得GCB制造坚苦，造价也甚高。斟酌技术和经济身分，除小容机组的发机电出口设置少油断路器外（单机容200MW以下），一般年夜机组（单机容200MW及以上）年夜都采用发机电—变压器组单元接线，尽使用离相封锁母线不装出口断路器和隔脱离关。近年来，随着GCB制造和技术的前进，价格不竭下降，而若何提高系统的平安稳定性将越来越获得重视。下面就发机电出口设置断路器的越性作一分析。

2.1提高系统平安性和稳定性

200MW及以上的机组采用的发机电与变压器组的单元接线方式的点在于省往了GCB，同时也省往了响应的继电庇护。可是这类简化的接线方式却使得发机电、变压器和系统的稳定运行在很年夜水平上要取决于主变高压侧的高压断路器运行靠得住性的影响。当高压断路器在正常运行中，在执行解列或并车操作时、在事故状态下的动作进程中，若是发生一相或二相断路器因拒动、误动或断口尽缘击穿而致使非全相分、合闸状态时，则电网的平安稳定运行将会遭到严重的威胁，极有可能因非全相运行而造成变压器尽缘损坏甚至起火烧毁，发机电转子因负序电流作用而使尽缘损坏甚至起火烧毁、系统稳定性蒙受破坏而解列造成年夜面积停电等重年夜事故的发生。国内发电厂已发生过很多类似事故，如：某电厂因2号炉故障停机检查，运行人员操作2号机主变断路器跳闸时发现断路器A相拒分，在升压站手跳未获成功后，跳母联断路器将2号机主变与系统解列，造成非全相运行时间长达8min，引发2号机转子烧毁。又如石洞口二厂2号机作逆功率实验时，2号机逆功率庇护动作，同时引发主变高压侧并联的断路器三相分闸。因一台断路器未能分闸到底，造成断路器非全相运行，致使电厂另外一台运行的600MW机组、电网4条500kV线路、3条220kV线路、黄渡变的一台500kV变压器及一台220kV变压器前后跳闸。

从这些案例可以看出，事故缘由是由于高压断路器本体、操作机构、控制回路故障和运行人员处置不妥等所引发的重年夜事故。发机电和变压器的损坏，不仅会使整个系统的平安性和稳定性遭到严重影响，而且将造成庞大的经济损失。若是装设GCB完够削减事故的发生，GCB可在50～60ms内把机组与故障点分隔年夜年夜缩短事故时间，从而有用地庇护机组，保证电力系统的持久稳定运行，所以采用GCB将提高系统运行的平安性和稳定性。

2.2庇护发机电及主变压器

当发机电带不服衡负荷运行、内部或外部发生不合错误称短路时均会对发机电发生很严重的机械和热应力，这类故障电流及其非全相运行的负序份所引发的热应力加在发机电转子的阻尼绕组上，会发生异常的高温而使发机电转子严重受损。除此之外，高压断路器的合、分闸分歧期，避雷器的损坏，排挤线或GIS毗连套管上行波反射酿成的接地故障城市对发电要造成影响，GCB可以迅速切除这些故障，使得发机电免遭损坏。但若是没有装设GCB，发机电会延续提供不服衡负载给故障点，直到灭磁装配起作用。由于灭磁进程往往会延续几秒钟时间，甚至会跨越10s，从而致使发机电严重的损坏。

虽然GCB不成能避免系统内某一故障的发生，由于该故障多是某一装备固有的弱点或是外部缘由所酿成的，然而GCB可以削减加在装备上的各类应力和故障所酿成的损坏水平。作为一个例子，假设变压器高压侧套管对地发生故障，系统故障电流可以被高压断路器切断，若是没有GCB，发机电会不竭的把电流送到故障点，直到灭磁装备起作用。一般灭磁时间均需5～20s不等，出格是对那些在主变高压侧的故障，在初的40ms内，燃弧电流来自系统侧和发机电侧，变压器油箱内部压力上升极为迅速。40ms时，高压断路器把系统与故障点分隔，燃弧电流只由发机电供给，若是没有GCB，发机电会把一个由于灭磁而衰减的电流源源不竭的送到燃弧点，并维持几s的时间，变压器油箱内部压力终上升至发生爆炸的极限压力，从而引发变压器油箱爆炸。若是运用GCB，在60ms时GCB动作切断发机电故障电流，压力就能够被限制在发生爆炸的压力以下，变压器就可避免发生爆炸。因而可知，采用GCB能够庇护主变压器。

2.3提高庇护选择性

当发机电侧发生故障时，GCB动作将故障点与系统隔离，避免了厂用电事故切换，简化了厂用电源的控制庇护接线，下降了庇护动作的联锁复杂性。当主变压器侧故障时，GCB可以迅速切除，使得发机电、主变压器和厂用高压变压器处于各自自力的庇护范围内。

2.4利便调试和改善同期条件

GCB之所以能执行机组所需的全数操作使命，是由于它的位置处在回路中恰当的地方，可以在不中断厂用电源的情况下将发机电断开，这样运行人员也削减了操作，避免了犯错的可能性。机组投运进行短路实验时，可很利便地实现使用接地开关，否则要进行实验改接线，需投进额外的资金和时间，还有可能承当没必要要的风险。

当电厂与电网的毗连经由高压断路器经由过程主变压器受电时，同期点可由GCB来实现。对于同期操作来而言，运用主变高压侧断路器和GCB来进行同期操作有什么分歧呢？国外新的研究讲明划分由高压断路器和GCB来实现同期操作和分歧期操作所引发的延迟过零电流，对系统有着分歧的影响，在反不异期操作进程中由于发机电转子的快速转动会发生的延迟过零电流，高压断路器在切断反不异期电流上能力很是有限，而GCB有足够的能力切断该电流。

当同期在高压侧进行操作时，高压断路器可能会遭到过电压作用。在污染较重的情况下，可能使高压断路器外部尽缘介的闪络。再者，高压断路器一般都不是三相机械联动的，所以在同期操作进程中就有可能发生有较年夜分歧期，这样会发生一个不服衡负载，给发机电带来严重的机械和热应力，从而损坏发机电。

当同期在发机电电压品级进行操作时，断路器电压品级的下降有助于避免外部尽缘闪络。用GCB实现同期操作完全在发电厂操控范围内，变电站操控可以不介进，从而不会发生任何操控责任上的堆叠。

3装设GCB经济比力
随着主变压器制造的提高和GCB制造技术的前进，年夜容机组启动（备用）电源的设置原则正在发生变化。当GCB的价格与启动／备用变、凹凸压侧开关等装备价格相比接近时，可以斟酌不设用的启动／备用变，而由主变经由过程厂用工作变提供起动电源的方案，把一次投资下降至少。即使设置启动／备用变把GCB的投资斟酌在内，在提高电厂可用率的同时，仍有相当可观的经济效益增加。下面就600MW机组经常使用的两种电气接线方案作经济性比力：

方案一：采用发机电—变压器组接线，发机电出口不装设GCB，设置两台启动／备用变，变压器电源从10km四周的200kV变电所引接，两台启动／备用变采用2回线路，毗连线采用排挤线，变电所采用一个半断路器或双母线接线。当高压厂用变压器故障或检修时，厂用电源由启动／备用变提供。其主接线示意图见图1：

方案二：采用发机电—变压器组接线，发机电出口装设GCB，当机组启动和正常停机时，厂用电源由系统经由过程主变压器倒送供给。设一台事故停机备用变，备用变压器电源从10km四周的220kV变电所引接，毗连线采用排挤线，变电所采用一个半断路器或双母线接线。其主接线示意图见图2。




（1）可哄骗率比力

方案1、二主接线中各元件靠得住性数据采用年夜电网会议公布的数据，计较成效见表2。



由上表可知，方案二较方案一年平都可哄骗率提高了0.69％，年平均故障时间削减60.4h，装设GCB将可以发生较着的经济效益。

（2）早期投资比力

凭据对方案1、二的早期投资计较比力（见表3），方案二例如案一早期投资需年夜约增加630万元：

（3）运行收益分析

依据可哄骗率的计较成效，平均故障时间方案二较方案一少60.4h，如机组年运行小时数假设6000h，那末每一年机组可以多发电达49640kW，扣除6％的厂用电，每一年上网电可增加4666.16万度，上网电价按0.34元／kW·h，电厂年收进可增收1586.5万元，是以方案二运行收益显著，能较快的收回早期投资。

（4）故障停电损失分析

凭据有关文献统计，500kV主变压器的故障率为2次／100台·年，如运行小时数依照6000h／年，发电利润依照0.14元／kW·h计较，GCB寿命时间为20年，如采用方案二电厂每一年将可以削减停电损失费为：0.02×2×6000／8760×20（177×24－1187）×60×0.14×0.8（故障率×2台主变×年运行小时数×使用年限×（无GCB故障修复天数×24h－GCB故障恢复时间）×600MW×发电利润×（GCB起作用的）此类故障率）＝11271.4万元。显而易见，该项收益远远年夜于早期投资的差异。

4竣事语
由上述可见，使用GCB不仅可以庇护发机电和变压器，削减装备平均维护时间，改善了同期条件，使整个电厂的平安靠得住性年夜年夜提高，利便电厂经管、运行和维护，同时还能带来较着的经济效益，使整个电厂寿命周期内维护成本获得下降，加速了厂的投资回报，是以年夜容机组的机电出口装设GCB是值得斟酌采用方案。