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　　范江東（浙江省電力公司，浙江杭州兩方面對600MW機組常用兩種電氣接線方案進行比較，認(rèn)為發(fā)電機出口設(shè)置斷路器能提高系統(tǒng)的安全性、簡化運行方式、方便調(diào)試維護，并且能產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益。

　　對地/斷口75/10060/9075/1060/8060/80<38配有機構(gòu)氣動氣動氣動氣動氣動氣動電動斷路器滅弧介質(zhì)壓縮空氣SF6壓縮空氣SF6SF6真空1國內(nèi)外GCB的使用和發(fā)展?fàn)顩r美國、英國、法國等發(fā)達國家在電廠設(shè)計中，其大容量發(fā)電機出口均考慮裝設(shè)GCB.目前國內(nèi)電廠采用GCB或發(fā)電機負(fù)荷開關(guān)電廠主要有天津薊縣、遼寧綏中、伊敏電廠、沙角C電廠（3X00MW）上海外高橋電廠（2X90MW）、天津盤山（2K600MW）、葛洲壩水電廠、二灘水電廠、李家峽、天生橋等工程。過去GCB主要在水電工程和核電工程被廣泛采用，近年來隨著我國電力系統(tǒng)大電網(wǎng)、大機組、超高壓的發(fā)展，怎樣簡化電廠的運行操作，提高機組的可用率以及提高系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性等問題越來越被得到重視，而GCB優(yōu)越的特性完全可以滿足這些要求。

　　目前國內(nèi)制造商還沒有能力生產(chǎn)與600MW等級大容量機組配套的GCB，國外也僅有ABB、GEC―ALSTHOM、MITSUBISHI等幾家知名大公司有能力生產(chǎn)（主要技術(shù)參數(shù)詳見表）GCB型式主要有少油型、空氣型、SF6氣體型和真空型。少油型GCB如沈陽高壓開關(guān)廠20世紀(jì)60年代生產(chǎn)的SN3SN4等，額定電流為5000~8000A，額定開斷電流為58kA.空氣型GCB，如法國A―A公司生產(chǎn)的PKG2型額定電壓為36kV，額定電流11000A，額定開斷電流58kA，該種斷路器主要存在是產(chǎn)品體積大、噪聲響、缺乏中等容量斷路器等缺點，在我國葛洲壩水電廠有使用，運行情況良好。隨著電力設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代ABB等公司推出以SF6氣體為滅弧介質(zhì)的GCB，它運用SF6自滅弧原理，當(dāng)動觸頭分開時產(chǎn)生電弧來加熱SF6氣體使其膨脹形成熄弧所需氣體，同時電流流過固定觸頭內(nèi)的線圈產(chǎn)生磁場，引起電弧旋轉(zhuǎn)分離，保證荷載觸頭與滅弧觸頭正常工作。SF6型GCB目前在國內(nèi)外電廠有大量的使用，它額定電流可達2000A，開斷能力16kA而且結(jié)構(gòu)緊湊，故障率更低（<03%），還可以集成CT、PT、接地開關(guān)等設(shè)備，成為多功能的組合電器。

　　綜上所述，目前國外GCB的技術(shù)發(fā)展十分迅速，各大公司競相開發(fā)革新技術(shù)，從原來的少油型向SF6型和真空型斷路器發(fā)展，體積越來越小，額定電流和開斷電流越來越大，機械壽命高達1000次以上，隨著研發(fā)能力及制造技術(shù)的提高，GCB配置保護將更趨完善，可靠性更高故障率更低。

　　2裝設(shè)GCB技術(shù)分析安裝在發(fā)電機出口的低電壓、大電流斷路器，其作用可謂舉足輕重。以前由于發(fā)電機巨大的額定電流和短路電流以及開斷電流的直流分量大，使得GCB制造困難，造價也甚高�？紤]技術(shù)和經(jīng)濟因素，除小容量機組的發(fā)電機出口設(shè)置少油斷路器外（單機容量200MW以下），一般大機組（單機容量20MW及以上）大都采用發(fā)電機一變壓器組單元接線，盡量使用離相封閉母線不裝出口斷路器和隔離開關(guān)。近年來，隨著GCB制造質(zhì)量和技術(shù)的進步，價格不斷降低，而如何提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性將越來越得到重視。下面就發(fā)電機出口設(shè)置斷路器的優(yōu)越性作一分析。

　　21提高系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性2MW及以上的機組采用的發(fā)電機與變壓器組的單元接線方式的優(yōu)點在于省去了GCB，同時也省去了相應(yīng)的繼電保護。但是這種簡化的接線方式卻使得發(fā)電機、變壓器和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行在很大程度上要取決于主變高壓側(cè)的高壓斷路器運行可靠性的影響。當(dāng)高壓斷路器在正常運行中，在執(zhí)行解列或并車操作時、在事故狀態(tài)下的動作過程中，如果發(fā)生一相或二相斷路器因拒動、誤動或斷口絕緣擊穿而導(dǎo)致非全相分、合閘狀態(tài)時，則電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行將會受到嚴(yán)重的威脅，極有可能因非全相運行而造成變壓器絕緣損壞甚至起火燒毀，發(fā)電機轉(zhuǎn)子因負(fù)序電流作用而使絕緣損壞甚至起火燒毀、系統(tǒng)穩(wěn)定性遭受破壞而解列造成大面積停電等重大事故的發(fā)生。國內(nèi)發(fā)電廠己發(fā)生過不少類似事故，如：某電廠因2號爐故障停機檢查，運行人員操作2號機主變斷路器跳閘時發(fā)現(xiàn)斷路器A相拒分，在升壓站手跳未獲成功后，跳母聯(lián)斷路器將2號機主變與系統(tǒng)解列，造成非全相運行時間長達8min，引起2號機轉(zhuǎn)子燒毀。又如石洞口二廠2號機作逆功率試驗時，2號機逆功率保護動作，同時引起主變高壓側(cè)并聯(lián)的斷路器三相分閘。因一臺斷路器未能分閘到底，造成斷路器非全相運行，導(dǎo)致電廠另一臺運行的600MW機組、電網(wǎng)4條50kV線路、3條22kV線路、黃渡變的一臺500kV變壓器及一臺20kV變壓器先后跳閘。

　　從這些案例可以看出，事故原因是因為高壓斷路器本體、操作機構(gòu)、控制回路故障和運行人員處理不當(dāng)?shù)人�引發(fā)的重大事故。發(fā)電機和變壓器的損壞，不僅會使整個系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響，而且將造成巨大的經(jīng)濟損失。如果裝設(shè)GCB完全能夠減少事故的發(fā)生，GCB可在50~把機組與故障點分開大大縮短事故時間，從而有效地保護機組，保證電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，所以采用GCB將提高系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

　　22保護發(fā)電機及主變壓器當(dāng)發(fā)電機帶不平衡負(fù)荷運行、內(nèi)部或外部發(fā)生不對稱短路時均會對發(fā)電機產(chǎn)生很嚴(yán)重的機械和熱應(yīng)力，這種故障電流及其非全相運行的負(fù)序分量所引起的熱應(yīng)力加在發(fā)電機轉(zhuǎn)子的阻尼繞組上，會產(chǎn)生異常的高溫而使發(fā)電機轉(zhuǎn)子嚴(yán)重受損。除此以外，高壓斷路器的合、分閘不同期，避雷器的損壞，架空線或GIS連接套管上行波反射造成的接地故障都會對發(fā)電要造成影響，GCB可以迅速切除這些故障，使得發(fā)電機免遭損壞。但如果沒有裝設(shè)GCB發(fā)電機會持續(xù)提供不平衡負(fù)載給故障點，直到滅磁裝置起作用。由于滅磁過程往往會持續(xù)幾秒鐘時間，甚至?xí)�超過1s，從而導(dǎo)致發(fā)電機嚴(yán)重的損壞。

　　雖然GCB不可能避免系統(tǒng)內(nèi)某一故障的發(fā)生，因為該故障可能是某一設(shè)備固有的弱點或是外部原因所造成的，然而GCB可以減少加在設(shè)備上的各種應(yīng)力和故障所造成的損壞程度。作為一個例子，假設(shè)變壓器高壓側(cè)套管對地發(fā)生故障，系統(tǒng)故障電流可以被高壓斷路器切斷，如果沒有GCB發(fā)電機會不斷的把電流送到故障點，直到滅磁設(shè)備起作用。一般滅磁時間均需5~2s不等，特別是對那些在主變高壓側(cè)的故障，在最初的4ms內(nèi)，燃弧電流來自系統(tǒng)側(cè)和發(fā)電機側(cè)，變壓器油箱內(nèi)部壓力上升極其迅速。4ms時，高壓斷路器把系統(tǒng)與故障點分開，燃弧電流只由發(fā)電機供給，如果沒有GCB發(fā)電機會把一個因為滅磁而衰減的電流源源不斷的送到燃弧點，并維持幾s的時間，變壓器油箱內(nèi)部壓力最終上升至發(fā)生爆炸的極限壓力，從而引發(fā)變壓器油箱爆炸。如果應(yīng)用GCB在6ms時GCB動作切斷發(fā)電機故障電流，壓力就可以被限制在發(fā)生爆炸的壓力以下，變壓器就可避免發(fā)生爆炸。由此可見，采用GCB能夠保護主變壓器。

　　23提高保護選擇性當(dāng)發(fā)電機側(cè)發(fā)生故障時，GCB動作將故障點與系統(tǒng)隔離，避免了廠用電事故切換，簡化了廠用電源的控制保護接線，降低了保護動作的聯(lián)鎖復(fù)雜性。當(dāng)主變壓器側(cè)故障時，GCB可以迅速切除，使得發(fā)電機、主變壓器和廠用高壓變壓器處于各自獨立的保護范圍內(nèi)。

　　24方便調(diào)試和改善同期條件GCB之所以能執(zhí)行機組所需的全部操作任務(wù)，是因為它的位置處在回路中最恰當(dāng)?shù)牡胤�，可以在不中斷廠用電源的情況下將發(fā)電機斷開，這樣運行人員也減少了操作，避免了出錯的可能性。機組投運進行短路試驗時，可很方便地實現(xiàn)使用接地開關(guān)，否則要進行試驗改接線，需投入額外的資金和時間，還有可能承擔(dān)不必要的風(fēng)險。

　　當(dāng)電廠與電網(wǎng)的連接經(jīng)由高壓斷路器通過主變壓器受電時，同期點可由GCB來實現(xiàn)。對于同期操作來而言，應(yīng)用主變高壓側(cè)斷路器和GCB來進行同期操作有什么不同呢，國外最新的研究表明分別由高壓斷路器和GCB來實現(xiàn)同期操作和不同期操作所引起的延遲過零電流，對系統(tǒng)有著不同的影響，在反相同期操作過程中由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子的快速轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生的延遲過零電流，高壓斷路器在切斷反相同期電流上能力非常有限，而GCB有足夠的能力切斷該電流。

　　當(dāng)同期在高壓側(cè)進行操作時，高壓斷路器可能會受到過電壓作用。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械聯(lián)動的，所以在同期操作過程中就有可能產(chǎn)生有較大不同期，這樣會產(chǎn)生一個不平衡負(fù)載，給發(fā)電機帶來嚴(yán)重的機械和熱應(yīng)力，從而損壞發(fā)電機。

　　當(dāng)同期在發(fā)電機電壓等級進行操作時，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，從而不會產(chǎn)生任何操控責(zé)任上的重疊。

　　3裝設(shè)GCB經(jīng)濟比較隨著主變壓器制造質(zhì)量的提高和GCB制造技術(shù)的進步，大容量機組啟動（備用）電源的設(shè)置原則正在發(fā)生變化。當(dāng)GCB的價格與啟動/備用變、高低壓側(cè)開關(guān)等設(shè)備價格相比接近時，可以考慮不設(shè)專用的啟動/備用變，而由主變通過廠用工作變提供起動電源的方案，把一次投資降低至最少。即便設(shè)置啟動/備用變把GCB的投資考慮在內(nèi)，在提高電廠可用率的同時，仍有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益加。下面就600MW機組常用的兩種電氣接線方案作經(jīng)濟性比較：方案一：采用發(fā)電機一變壓器組接線，發(fā)電機出口不裝設(shè)GCB，設(shè)置兩臺啟動/備用變，變壓器電源從1km附近的200kV變電所引接，兩臺啟動/備用變采用2回線路，連接線采用架空線，變電所采用一個半斷路器或雙母線接線。當(dāng)高壓廠用變壓器故障或檢修時，廠用電源由啟動/備用變提供。其主接線示意圖見方案二：采用發(fā)電機一變壓器組接線，發(fā)電機出口裝設(shè)GCB，當(dāng)機組啟動和正常停機時，廠用電源由系統(tǒng)通過主變壓器倒送供給。設(shè)一臺事故停機備用變，備用變壓器電源從lkm附近的22kV變電所引接，連接線采用架空線，變電所采用一個半斷路器或雙母線接線。其主接線示意圖見方案一、二主接線中各元件可靠性數(shù)據(jù)采用國際大電網(wǎng)會議公布的數(shù)據(jù)，計算結(jié)果見表2表2二種方案下的年平均利用率方案年平均可利用率年平均故障時間（在內(nèi)）％一二由上表可知，方案二較方案一年平均可利用率提高了069%，年平均故障時間減少604h，裝設(shè)GCB將可以產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益。

　　根據(jù)對方案一、二的初期投資計算比較（見表）方案二比方案一初期投資需大約加630萬元：依據(jù)可利用率的計算結(jié)果，平均故障時間方案二較方案一少604h，如機組年運行小時數(shù)假設(shè)6h，那么每年機組可以多發(fā)電達4960kW，扣除6%的廠用電量，每年上網(wǎng)電量可加466616萬度，上網(wǎng)電價按0 34元/kWh，電廠年收入可收1586.5萬元，因此方案二運行收益顯著，能較快的收回初期投資。

　　根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，500kV主變壓器的故障率為2次/10臺。年，如運行小時數(shù)按照60001/年，發(fā)電利潤按照0 4元/cWh計算，GCB壽命時間為20年，如采用方案二電廠每年將可以減少停電損失費為：0表3主要設(shè)備投資比較萬元名稱-方案一方案二（不裝設(shè)GCB）啟動/備用電源變壓器斷路器隔離開關(guān)電流互感器電壓互感器避雷器阻波器220kV架空線6kV開關(guān)柜6kV封閉母線主變壓器調(diào)壓開關(guān)其它合計注：（1）僅對兩方案的主要設(shè)備進行差異比較，相同部分未列出；（2GCB按進口設(shè)備價格計其余為國產(chǎn)設(shè)備價格。

　　08故障率X 2臺主變X年運行小時數(shù)X使用年限X（無GCB故障修復(fù)天數(shù)X 4h*GCB故障恢復(fù)時間）X利潤X（GCB起作用的）此類故障率）=1171 4萬元。顯而易見，該項收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于初期投資的差異。

　　4結(jié)束語由上述可見，使用GCB不僅可以保護發(fā)電機和變壓器，減少設(shè)備平均維護時間，改善了同期條件，使整個電廠的安全可靠性大大提高，方便電廠管理、運行和維護，同時還能帶來明顯的經(jīng)濟效益，使整個電廠壽命周期內(nèi)維護成本得到降低，加快了電廠的投資回報，因此大容量機組的發(fā)電機出口裝設(shè)GCB是值得考慮采納的方案之一。