張炎

摘要：根據(jù)核電站特點(diǎn)結(jié)合國內(nèi)發(fā)電機(jī)出口斷路器應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了發(fā)電機(jī)出口斷路器的技術(shù)優(yōu)勢，并結(jié)合核電站運(yùn)行特點(diǎn)分析了其重要作用。通過某核電站的選擇實(shí)例，對設(shè)計(jì)過程加以分析，論證了發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器的優(yōu)越性，對核電站電氣設(shè)計(jì)人員有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；斷路器；技術(shù)比較

隨著電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器的主要作用是簡化運(yùn)行操作程序，減小發(fā)電機(jī)和變壓器的故障范圍，便于調(diào)試和維護(hù)工作，簡化同期操作程序，提高其安全可靠性能。

核電站廠用電系統(tǒng)功能是在任何工況下，無論堆型一般要求具有兩個(gè)相互獨(dú)立的廠外電源作為廠用電的工作電源和輔助電源（500kV和220kV），發(fā)電機(jī)和主變壓器之間裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）。

一、應(yīng)用現(xiàn)狀

1、在大型火電機(jī)組的應(yīng)用現(xiàn)狀。由于目前配600MW及以上發(fā)電機(jī)組的全封閉斷路器尚全部依賴進(jìn)口，昂貴的投資迫使建設(shè)單位不得不綜合考慮是否采用GCB方案。目前全世界有超過20%的大型常規(guī)火電機(jī)組采用了GCB方案。

2、在核電機(jī)組的應(yīng)用現(xiàn)狀。發(fā)電機(jī)出口斷路器已經(jīng)集成了電壓互感器、接地開關(guān)、隔離開關(guān)等設(shè)備，成為具有多種功能的組合電器，發(fā)電機(jī)出口斷路器在大型核電機(jī)組上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

二、主接線的影響

裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器的模塊式電氣主接線，在運(yùn)行維修和試驗(yàn)、發(fā)電系統(tǒng)可用率、投資費(fèi)用等方面都優(yōu)于不裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器的單元制電氣主接線。

1、單元制電氣主接線。發(fā)電機(jī)與主變壓器及機(jī)組廠用變壓器之間沒有斷路器，在主變壓器的高壓側(cè)裝設(shè)斷路器，作為發(fā)電機(jī)啟動(dòng)并網(wǎng)和停機(jī)時(shí)斷開之用。為了滿足機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的廠用電要求，還需從220kV（或其它等級）母線接一臺啟動(dòng)備用變壓器（簡稱啟備變），

2、裝設(shè)GCB方案的電氣主接線。裝設(shè)GCB方案電氣主接線也是由發(fā)電機(jī)與主變壓器組成的發(fā)電系統(tǒng)，在斷路器與主變壓器之問引接出機(jī)組廠用變壓器，發(fā)電機(jī)與斷路器和斷路器與主變壓器及機(jī)組廠用變壓器之間用分相封閉母線相互連接。發(fā)電機(jī)啟動(dòng)并網(wǎng)或者停機(jī)時(shí)，用發(fā)電機(jī)斷路器接入電網(wǎng)或者從電網(wǎng)斷開，主變壓器正常持續(xù)帶電運(yùn)行。這種接線用斷路器把發(fā)電機(jī)與變壓器分成兩部分，發(fā)電機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)，機(jī)組廠用變壓器通過主變壓器從電網(wǎng)受電，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，機(jī)組廠用變壓器直接從發(fā)電機(jī)受電。所以裝設(shè)GCB方案的電氣主接線，不需要另外裝設(shè)從電網(wǎng)受電的啟備變。

大容量機(jī)組出口安裝斷路器時(shí)，備用電源的引接方式有如下幾種：①直接從電廠主母線引接，作為全廠事故備用電源。②從附近較低電壓等級的變電所引接1路事故備用電源。③不設(shè)專用的備用變壓器，適當(dāng)加大廠用工作變壓器的容量，作為另一臺機(jī)組的事故備用電源，或每臺機(jī)組設(shè)置專用的備用變壓器，從發(fā)電機(jī)出口引接，作為另一臺機(jī)的事故備用電源。

3、核電機(jī)組電氣主接線。為貫徹核電廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定縱深防御理念，電氣設(shè)計(jì)中為核電廠廠用電系統(tǒng)配置多種廠用電源。電氣縱深防御順序，基本都是500kV外電網(wǎng)——孤島運(yùn)行——220kV電網(wǎng)——廠內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)——蓄電池和小柴油機(jī)。對于M310和WWER1000機(jī)組核電站，當(dāng)電源轉(zhuǎn)至220kV電網(wǎng)供電時(shí)，反應(yīng)堆必須停堆，而AP1000機(jī)組，具備可以不停堆的條件，停堆停機(jī)與否需根據(jù)實(shí)際情況確定。

三、技術(shù)優(yōu)越性

1、提高機(jī)組可用率。對一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)來說，影響可用率的因素有兩個(gè)：一是設(shè)備故障率，二是修理時(shí)間。

設(shè)備和部件的修理時(shí)間與發(fā)生故障的次數(shù)和切除故障時(shí)間有關(guān)，模塊式接線分區(qū)配置繼電保護(hù)，保護(hù)的靈敏度高，切除故障的時(shí)間較短，設(shè)備損壞的程度相對較輕，所以設(shè)備的修理時(shí)間也相對較少。

從設(shè)備的故障幾率和修理時(shí)間分析，模塊式接線的可用率比單元制接線的可用率要高。

2、提高機(jī)組安全運(yùn)行的可靠性。在技術(shù)上加裝發(fā)電機(jī)出口斷路器可提高機(jī)組的安全運(yùn)行可靠性，具有以下幾點(diǎn)。①保證系統(tǒng)故障時(shí)廠用電源的穩(wěn)定性；②提高了500 kV系統(tǒng)供電的可靠性；③提高發(fā)電機(jī)和變壓器保護(hù)水平；④縮小故障范圍提高運(yùn)行操作的可靠性。

3、方便調(diào)試和改善同期條件。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)。

當(dāng)同期在發(fā)電機(jī)電壓等級進(jìn)行操作時(shí)，斷路器電壓等級的降低有助于防止外部絕緣閃絡(luò)。用GCB實(shí)現(xiàn)同期操作完全在發(fā)電廠操控范圍內(nèi)，變電站操控可以不介入，從而不會(huì)產(chǎn)生任何操控責(zé)任上的重疊。

4、運(yùn)行維修和試驗(yàn)操作靈活。單元制主接線的主要缺點(diǎn)：一是機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)（包括正常停機(jī)和事故停機(jī)），都要進(jìn)行廠用電源切換，操作復(fù)雜，還容易誘發(fā)瞬變現(xiàn)象；二是發(fā)電機(jī)與變壓器不能分開進(jìn)行試驗(yàn)和檢修，繼電保護(hù)的整定和試驗(yàn)也不能分開進(jìn)行。

發(fā)電機(jī)出口安裝斷路器后，運(yùn)行、維修和試驗(yàn)操作更加簡單、靈活：①并網(wǎng)和正常運(yùn)行；②發(fā)電機(jī)運(yùn)行異常；③試驗(yàn)和檢修分開進(jìn)行試驗(yàn)和檢修，互不干擾。

四、經(jīng)濟(jì)合理性

核電機(jī)組為確保廠用電的可靠性，一般不允許廠用電切換。主要以提高機(jī)組的可用率及保證核安全為主，裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器后的接線型式，相應(yīng)的減少廠用備變的臺數(shù)和容量，只作機(jī)組安全停機(jī)用。在提高電廠可用率等多方面經(jīng)濟(jì)分析，遠(yuǎn)期收益大于初期投資的差異。

五、結(jié)論

基于發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器的優(yōu)點(diǎn)，目前，國外GCB的發(fā)展十分迅速，已從原來的壓縮空氣型向SF6型發(fā)展，操作機(jī)構(gòu)也由液壓向彈簧機(jī)構(gòu)型發(fā)展，GCB的體積越來越小，噪聲減低，而額定電流和開斷電流卻越來越大，并且GCB的機(jī)械壽命也在增大，20年無需維護(hù)（或20，000 次開關(guān)操作免維護(hù)）?，F(xiàn)在的GCB已經(jīng)不僅只是一臺斷路器，而是集成了電壓互感器，接地開關(guān)、隔離開關(guān)等發(fā)電機(jī)與主變之間的設(shè)備，成為具有多種功能的組合電器。近年來，國內(nèi)核電站、水電站以及新近建設(shè)的火力發(fā)電廠也都裝設(shè)了發(fā)電機(jī)斷路器。核電站如方家山、福清、嶺澳核電廠、田灣核電站等都采用發(fā)電機(jī)斷路器。國內(nèi)大容量以及安全性要求高的機(jī)組中裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器已漸成趨勢。

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