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| 日期：2006-6-15 1:40:18 来源:中国机械资询网 编辑： 点击： |
摘要： 容量火电机组发电机是否需要装设出口断路器（GCB），是近十几年来大型发电厂电气工程设计中争论较多，意见不一的问题。主要原因是其目前主要依靠进口，价格昂贵。在不装设GCB的情况下，发电机组虽然也能照常运行，但发电机组正常起、停或事故时厂用电系统切换较为复杂，主变压器、高压工作厂变以及发电机内部故障时不能快速切除故障点而使事故范围扩大等一系列弊端也显而易见。随着国力的增强、建设资金相对宽松、电力系统实行重大体制改革以及在市场经济体制下电力系统运行机制发生转变等因素的影响，对这个有争论的问题重新提出来进行探讨很有必要。
关键词： 发电机；断路器；探讨
0 前言
关于大型发电机组是否装设出口断路器（GCB）的问题，早在1984年版的《火力发电厂设计技术规程》（简称“大火规”）SDJI—1984中明确规定：“容量为200 MW及以上的发电机与双绕组变压器为单元连接时，在发电机与变压器之间不应设断路器。” 随后多年，200~300 MW单元制接线发电机出口不装设断路器的机组大量投入运行，积累了丰富的设计、运行经验，基本肯定了SDJI—1984第11、2、6所作的规定。但是，近年来大型发电机组先后发生过几次严重损坏事故，引起国内外人士极大的关注。原水利电力部科技司和生产司多次组织会议讨论研究这些问题，并提出需要研究500 MW及以上发电机出口是否应装设断路器的问题，随后各设计单位对此问题进行专题研究，提出了论证报告。在1994年发布的《火力发电厂设计技术规程》DL5000—1994中对第11、2、6条进行了补充修订，该条规定：“容量为600 MW的发电机，当升高电压仅有330 kV及以上一级电压，而且技术经济合理时，可装设发电机出口断路器或负荷开关。” 在以往工程的设计方案审批上，原国家电力公司电力规划总院对装设发电机出口断路器的方案限制较严。但是，随着引进机组工程逐渐增多，国外工程设计的思路与方法也逐渐被国内所接受，500 MW以上的发电机出口装设断路器或负荷开关的引进机组相继投产，且运行良好，装设发电机出口断路器或负荷开关的优势充分显示出来，在这种状况下，1998年原国家电力公司电力规划总院又组织对DL5000—1994进行了修编，将原第11、2、6条修订为：“当技术经济合理时，600 MW机组发电机出口可装设断路器或负荷开关。”关于300 MW及以下的单元制连接的火电机组是否可以采用GCB方案的问题，在1999年10月上海召开的专题研讨会上经过一番激烈的争论后，规定有所松动，建议“300 MW及以下，主变压器高压侧电压为220 kV以下（三绕组变压器例外）的火电机组原则上不采用GCB设计方案，但如果投资方有资金，通过技术、经济比较后认为有必要，也可以采用GCB方案。” 但以上内容没有正式列入“大火规”。根据1998年修订后的“大火规”，近年来在600 MW火电机组工程设计中，业主在资金条件允许时都开始考采用GCB方案，以提高发电机和厂用电运行的可靠性。另外，由于厂网完全分开后，启动/备用变压器（简称启备变）的电费支出影响到发电厂的经济利益，也促使新建或部分老厂考虑采用GCB方案（包括600 MW以下机组）以减少额外支出，提高运行的经济性。下面从技术和经济2个方面对GCB方案的应用问题进行探讨。
1 采用GCB方案的技术性分析
1.1 简化厂用电切换程序
当发电机出口不装设GCB（以下称常规方案）时，需要设置专用的与高压工作厂变容量相等的启动/备用变压器。一般2台发电机组合用一组，提供机组的正常启动、停机电源，在高压工作厂变故障或检修时作为厂用电系统的备用电源。无论哪种运行方式，都需要通过厂用电切换装置来实现电源的过渡。在机组的起、停过程中不可避免地要进行工作厂变与启备变电源之间的并联切换，并联切换虽然时间不长，但由于工作厂变与启备变电源取自不同的系统（个别电厂要到几公里外的变电站引接备用电源，如发电机直接升压至500 kV ，则备用电源一般从220 kV变电站引接），两台变压器的阻抗值（包括系统阻抗）不可能相等，这样两者存在初始相位差和电压差，在并联切换过程中，构成了一个临时电磁环网，两台变压器之间将产生较大的环流，累计效应将影响到变压器的使用寿命。在厂用电的事故切换过程中也同样存在着正常运行的厂用母线电压与备用电源电压间相位角差，如厂用电快速切换装置控制不当，造成相角差过大，则难以保证事故快速切换成功，极易造成在相角差较大时切换，形成很大的冲击电流，损坏设备或使事故扩大。厂用电经常切换会影响到厂用电系统内断路器的使用机械寿命和机构故障几率的增加，使切换失败，厂用电中断。
当发电机出口装设断路器（GCB）后，发电机组起、停的厂用电源是通过主变压器倒送电经厂用高压工作变压器获得，从机组起动直到发电机并网带负荷，反之从发电机减负荷到发电机解列停机，整个过程都无须进行厂用电切换操作。这样，避免了厂用电源并联切换对厂用电系统的不利影响，也免去了运行人员对厂用电源的切换操作，减少误操作发生的可能性。当发电机因故跳闸时，特别是非电气原因引起的跳闸，厂用电自动由主变倒入，可做到无扰动切换厂用电，各种厂用辅机不会因发电机跳闸而改变工作状态，给事故处理提供极大的方便，从而减少因厂用电失去使事故扩大和设备损坏的可能性，厂用电的可靠性大为提高，为机组恢复正常运行取得时间。
1.2 系统故障时可避免失去厂用电源
按常规方式，在系统发生振荡时，厂用电系统事故切换很难成功，厂用电源容易失去，事后处理比较困难。如采用GCB方案，当系统与发电机之间因故发生振荡，会引起发电机和电网之间的电流波动，不平衡电流会引起转子绕组和表面过热，此时发电机的振荡解列保护动作，GCB跳闸，发电机灭磁，维持转速，厂用电不受影响，当异常工况消失后，发电机可在较短的时间内并网发电，恢复运行，避免因系统振荡引起的长时间停机事故，缩短因系统故障的事故处理时间和简化处理程序。
1.3 提高发电机和变压器保护水平及系统稳定水平
当发电机发生内部故障时，GCB可以在不失去厂用电源的条件下，快速切除发电机内部故障，保证了事故情况下的安全停机，可以防止发电机因失去厂用电而在停机过程发生氢爆等恶性事故。同时快速跳开GCB，并快速灭磁，可以避免发电机内部故障范围的扩大，为修复发电机创造条件。
当主变压器或高压工作厂变内部故障时，如没有GCB，发电机在停机灭磁过程中（如无刷旋转磁系统灭磁时间特别长，可达5~20 s）仍对变压器故障点提供短路电流，就有可能使故障范围迅速扩大，甚至引起变压器爆炸起火；如装有GCB，快速切除故障电流，可以减少变压器爆炸起火的可能性，为修复变压器创造条件。 |
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