装设发电机出口断路器优越性的分析

摘要：介绍了发电机出口断路器（以下简称GCB）国内外使用发展状况以及最新技术特点，从技术经济性两方面对600 MW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能提高系统的安全性、简化运行方式、方便调试维护，并且能产生明显的经济效益。

关键词：GCB 技术分析 经济比较
1 国内外GCB的使用和发展状况
美国、英国、法国等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。目前国内电厂采用GCB或发电机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（2×900 MW）、天津盘山（2×600 MW）、葛洲坝水电厂、二滩水电厂、李家峡、天生桥等工程。过去GCB主要在水电工程和核电工程被广泛采用，近年来随着我国电力系统大电网、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优越的特性完全可以满足这些要求。
目前国内制造商还没有能力生产与600 MW等级大容量机组配套的GCB，国外也仅有ABB、GEC－ ALSTHOM、MITSUBISHI等几家知名大公司有能力生产（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年代生产的SN3、SN4等，额定电流为5000～8000 A，额定开断电流为58 kA。空气型GCB，如法国A－A公司生产的PKG2型额定电压为36 kV，额定电流11000 A，额定开断电流58 kA，该种断路器主要存在是产品体积大、噪声响、缺乏中等容量断路器等缺点，在我国葛洲坝水电厂有使用，运行情况良好。随着电力设备制造技术的发展，20世纪80年代ABB等公司推出以SF6气体为灭弧介质的GCB，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24000 A，开断能力160 kA，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。

综上所述，目前国外GCB的技术发展十分迅速，各大公司竞相开发革新技术，从原来的少油型向SF6型和真空型断路器发展，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10000次以上，随着研发能力及制造技术的提高，GCB配置保护将更趋完善，可靠性更高故障率更低。
2 装设GCB技术分析
安装在发电机出口的低电压、大电流断路器，其作用可谓举足轻重。以前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。考虑技术和经济因素，除小容量机组的发电机出口设置少油断路器外（单机容量200 MW以下），一般大机组（单机容量200 MW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。近年来，随着GCB制造质量和技术的进步，价格不断降低，而如何提高系统的安全稳定性将越来越得到重视。下面就发电机出口设置断路器的优越性作一分析。
2.1 提高系统安全性和稳定性
200 MW及以上的机组采用的发电机与变压器组的单元接线方式的优点在于省去了GCB，同时也省去了相应的继电保护。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的高压断路器运行可靠性的影响。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过程中，如果发生一相或二相断路器因拒动、误动或断口绝缘击穿而导致非全相分、合闸状态时，则电网的安全稳定运行将会受到严重的威胁，极有可能因非全相运行而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、系统稳定性遭受破坏而解列造成大面积停电等重大事故的发生。国内发电厂已发生过不少类似事故，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8 min，引起2号机转子烧毁。又如石洞口二厂2号机作逆功率试验时，2号机逆功率保护动作，同时引起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，导致电厂另一台运行的600 MW机组、电网4条500 kV线路、3条220 kV线路、黄渡变的一台500 kV变压器及一台220 kV变压器先后跳闸。

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