發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）方案論證

汪 鵬

（廣州四方邦德實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 510000）

1 工程概況

某工程建設(shè)2×400MW級(jí)(F級(jí)改進(jìn)型)燃?xì)鉄犭娎渎?lián)產(chǎn)機(jī)組，機(jī)島采用按東方電氣股份有限公司的M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)，余熱鍋爐采用東方日立鍋爐有限公司的三壓、再熱、自然循環(huán)、無補(bǔ)燃、臥式余熱鍋爐。工程按“一拖一”多軸布置機(jī)組，每套“一拖一”機(jī)組包括1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)蒸汽輪發(fā)電機(jī)組。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)為全氫冷冷卻發(fā)電機(jī)，額定輸出336.6MW，出口電壓16kV，額定功率因素0.85；蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)為空冷發(fā)電機(jī)，額定輸出150MW，出口電壓15.75kV，額定功率因素0.85。

電廠以220kV一級(jí)電壓接入系統(tǒng)，出線2回，接入220kV變電站，新建線路截面按2×630mm2考慮，電廠至變電站新建線路約為2×13km。

2 方案論證

2.1 燃機(jī)發(fā)電機(jī)出口

燃機(jī)發(fā)電機(jī)引出線到主變低壓側(cè)、廠高變高壓側(cè)均采用全鏈?zhǔn)诫x相封閉母線。發(fā)電機(jī)與主變壓器之間裝設(shè)斷路器和隔離開關(guān)，廠用分支不裝設(shè)斷路器和隔離開關(guān)，在汽機(jī)主封母上T接勵(lì)磁分支封母至勵(lì)磁變壓器和發(fā)電機(jī)出口電壓互感器及避雷器柜。

電廠的運(yùn)行主要分三個(gè)階段：

1）調(diào)試和維護(hù)；

2）同期和正常運(yùn)行；

3）非正常運(yùn)行。

下表就燃機(jī)發(fā)電機(jī)出口GCB在電廠的運(yùn)行、維護(hù)的作用以表的形式做一下分析。

表1

通過以上的分析，表明裝設(shè)了GCB，在機(jī)組正常起停時(shí)，及在發(fā)電機(jī)、汽機(jī)、燃機(jī)發(fā)生故障引起跳機(jī)時(shí)，不需要進(jìn)行廠用電源的切換操作，提高了廠用電的可靠性。

裝設(shè)GCB除了減少廠用電切換操作外，還有以下優(yōu)越性：

1）主變或高廠變內(nèi)部故障時(shí)，迅速跳開發(fā)電機(jī)側(cè)斷路器和高壓側(cè)斷路器，切斷供電電源，對(duì)保護(hù)主變和高壓廠變有利。如果不裝設(shè)GCB，由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的衰減要經(jīng)過一定的時(shí)間，只切開高壓系統(tǒng)供電電源，發(fā)電機(jī)仍繼續(xù)向故障點(diǎn)供電，從而擴(kuò)大了主變或廠高變的損壞程度，國(guó)內(nèi)外已有報(bào)道該種故障引致嚴(yán)重?fù)p壞主變壓器的事例；

2）采用了GCB，不僅實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)，變壓器有選擇的保護(hù)跳閘，簡(jiǎn)化了保護(hù)接線，而且多數(shù)保護(hù)無需動(dòng)作高壓斷路器，從而避免了廠用電源的失去，這對(duì)于一些瞬時(shí)性故障特別是來自于鍋爐、汽機(jī)的熱工誤發(fā)信號(hào)的排除，盡快恢復(fù)機(jī)組的運(yùn)行和避免因誤操作而導(dǎo)致?lián)p失非常有益。根據(jù)某燃?xì)怆姀S的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，三臺(tái)GCB在機(jī)組調(diào)試期同共計(jì)動(dòng)作800余次，多數(shù)情況下可在數(shù)十分鐘內(nèi)恢復(fù)機(jī)組的運(yùn)行；

3）發(fā)電機(jī)系統(tǒng)各種故障發(fā)生時(shí)，不解列廠用電而斷開GCB，當(dāng)故障消失時(shí)，允許發(fā)電機(jī)快速的再次接入。GCB可以避免由不平衡負(fù)荷運(yùn)行引起的過大的負(fù)序電流對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面的損害，若使用GCB，會(huì)在50～80ms以內(nèi)把機(jī)組與故障分隔開，從而有效地保護(hù)機(jī)組；

4）減少廠用備變的臺(tái)數(shù)和容量，只作機(jī)組安全停機(jī)用。

綜上所述，大型發(fā)電機(jī)組采用GCB有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。GCB具有使機(jī)組調(diào)試和維護(hù)階段更加方便；大大改善同期條件；避免或減少廠用電切換帶來的風(fēng)險(xiǎn)，提高廠用電可靠性；簡(jiǎn)化繼電保護(hù)接線，縮短故障恢復(fù)時(shí)間，提高機(jī)組可用率等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。GCB不僅能在事故發(fā)生時(shí)避免或減少對(duì)設(shè)備的損害程度，而且還能有效地防止或減少事故的發(fā)生。

但是裝設(shè)GCB也存在一些不足：

1）投資較大幅度提高；

2）GCB故障或檢修時(shí)將影響整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行；

3）由于在燃機(jī)電廠中使用，在機(jī)組停機(jī)過程(約12小時(shí)/日)，主變空載損耗增加了運(yùn)行費(fèi)用。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]第16.3.13條，“容量為200MW-300MW的機(jī)組，每2臺(tái)機(jī)組可設(shè)1臺(tái)高壓廠用起動(dòng)/備用變壓器”，“容量為600MW的機(jī)組，當(dāng)發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)斷路器或負(fù)荷開關(guān)時(shí)，每2臺(tái)機(jī)組可設(shè)1臺(tái)或2臺(tái)高壓廠用起動(dòng)/備用變壓器；當(dāng)發(fā)電機(jī)出口裝有斷路器或負(fù)荷開關(guān)時(shí)，四臺(tái)及以下機(jī)組可設(shè),1臺(tái)高壓廠用備用變壓器，5臺(tái)及以上同容量機(jī)組可設(shè)置1臺(tái)不接線的高壓廠用工作變壓器”。裝設(shè)GCB后，機(jī)組正常啟動(dòng)或停機(jī)的高壓廠用電源可以通過主變從系統(tǒng)倒送，不需啟動(dòng)/備用變壓器來提供廠用電源，該變壓器應(yīng)稱為高壓備用變壓器，僅在高壓廠用變壓器故障或檢修時(shí)，才由它替代工作，或者當(dāng)主變或高變故障時(shí)提供緊急停機(jī)廠用電源。

圖1

本期電廠各機(jī)組均需具備作為調(diào)峰機(jī)組的功能，起停頻繁，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器主要好處是避免起動(dòng)電源與工作電源間較頻繁的切換操作，提高廠用電的可靠性，簡(jiǎn)化繼電保護(hù)接線，縮短故障恢復(fù)時(shí)間，提高機(jī)組可用率，因此推薦采用GCB，目前國(guó)內(nèi)建設(shè)的350MW級(jí)燃機(jī)電廠均配置了GCB。

2.2 汽機(jī)發(fā)電機(jī)出口

由于裝設(shè)燃機(jī)發(fā)電機(jī)出口GCB后，機(jī)組正常啟動(dòng)或停機(jī)的高壓廠用電源可以通過主變從系統(tǒng)倒送，而高壓廠用電源接自燃機(jī)發(fā)電機(jī)出口，因此，汽機(jī)發(fā)電機(jī)出口不需要裝設(shè)GCB。

2.3 主接線方案（見圖1）

［1］西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].中國(guó)電力出版社，1989，12.

［2］GB50660-2011 大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2011.

［3］DL/T5222-2005 導(dǎo)體和電氣選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].2005.