大容量发电机组出口断路器的安全和经济性分析

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1、大容量发电机组出口断路器的安全和经济性分析　　摘要：本文介绍了ABB生产的600MW机组出口断路器参数与特性以及最新发展方向，GCB在国内使用状况，并从安全性和经济性两方面对600MW机组常用两种电气接线方案进行比较，认为发电机出口设置断路器不仅能提高系统的安全性，也大幅度提高电厂运行的安全性、简化运行方式、减少运行人员操作量、方便调试和维护，大幅提高工作效率并产生明显的经济效益。　　关键词：GCB；安全性；可靠性；工作效率；经济效益　　引述：关于大型发电机组是否装设出口断路器（GCB）的问题，[1]根据1998年修订后的“大火规”，近年来在600

2、MW火电机组工程设计中，业主在资金条件允许时可考虑采用GCB方案，以提高发电机和厂用电运行的安全性和可靠性。同时电网公司为了减少启停机组时的涉网操作，降低机组解并列时对电网安全运行方式的影响，也要求设计院向电厂推荐使用GCB。但有很多内地发电企业还停留在原有的技术规定和思想意识上，以安全、维护、运输、和经济等等为借口不装设出口GCB。本文主要从安全、维护和经济性方面进行分析“发电机出口装设GCB的优势”。　　一、GCB的使用和发展状况11　　美国、德国、日本等西方发达国家在电厂设计中，其大容量发电机出口均考虑装设GCB。[2]GCB型式主要有少油型

3、、空气型、SF6气体型和真空型，其中大容量的多采用SF6气体型和真空型。[3]SF6气体型GCB以20世纪80年代ABB等公司推出以SF6气体为灭弧介质的HR与HECS型为代表，它运用SF6自灭弧原理，当动触头分开时产生电弧来加热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产生磁场，引起电弧旋转分离，保证荷载触头与灭弧触头正常工作。SF6型GCB目前在国内外电厂有大量的使用，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、接地开关等设备，成为多功能的组合电器，如湖南

4、创元电厂（2*300MW）和阳西电厂（4*600MW），其次天津蓟县、沙角C电厂、上海外高桥电厂、天津盘山、葛洲坝水电厂、二滩水电厂等十多个大电厂也采用了GCB方案。过去GCB主要在水电工程和核电工程被广泛采用，近年来随着我国大电网、大机组、超高压的发展，怎样简化电厂的运行操作，提高机组的可用率以及提高系统安全性和稳定性等问题越来越被得到重视，而GCB的优越性也逐渐显露出来。　　目前国外GCB的技术发展十分迅速，各大电器公司竞相开发新技术，GCB的体积越来越小，额定电流和开断电流越来越大，机械寿命高达20000次以上或20年免维护，随着研发能力及制

5、造技术的提高，GCB配置保护将更趋完善，可靠性更高故障率更低，价格会更便宜。　　二、发电机出口装设GCB的紧迫性和安全性　　安装在发电机出口的低电压、大电流断路器，由于发电机巨大的额定电流和短路电流以及开断电流的直流分量大，使得GCB制造困难，造价也甚高。以前考虑技术和经济因素，除小容量机组的发电机出口设置断路器外（单机容量200MW以下），一般大机组（单机容量20011MW及以上）大都采用发电机―变压器组单元接线，尽量使用离相封闭母线不装出口断路器和隔离开关。随着材料和加工工艺的不断发展，GCB制造质量和成本不断下降，价格不断降低，这就使得经济因

6、素逐渐退居次位。而伴随着节能降耗和环境保护政策的需要，在远距离送电的单机容量和装机容量不断扩大的情况下，电厂或单机事故对电力系统影响逐渐加大，如何减少倒闸操作和单一设备事故对电网安全运行的影响也就显得越来越重要。因此要求大容量发电机组装设GCB得到了电网公司和设计院大力支持和广泛采纳，且对老式大容量单元接线的机组进行改造也显得非常迫切。下面从几个方面就发电机出口设置GCB的安全性作进一步分析。　　（1）提高电力系统安全性和稳定性，同时提高自用电的可靠性　　30011MW及以上的机组采用发电机与变压器组的单元接线方式的优点在于省去了GCB，同时也省去

7、了相应的继电保护，从故障源来说减少了两个故障点，从而减少了发-变组故障的机率，也减少了投资。但是这种简化的接线方式却使得发电机、变压器和系统的稳定运行在很大程度上要取决于主变高压侧断路器的运行可靠性。当高压侧断路器在正常运行中、在执行解列或并列操作时、在事故状态下的动作过程中、如果发生一相或二相断路器因故拒动、误动或断口绝缘击穿而导致非全相分、合闸状态时；对电网而言，将对电网的安全稳定运行构成严重的威胁，极有可能因失灵保护出口造成母线、线路甚至全厂停电，进而造成电网解网或大面积停电等重大电网事故（特别是可靠性低的厂站接线方式）；对于电厂自身而言，有

8、可能造成变压器绝缘损坏甚至起火烧毁，发电机转子因负序电流作用而使绝缘损坏甚至起火烧毁等重大设备损坏事故的发生。国内发电厂已