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

　　對(duì)地/斷口75/10060/9075/1060/8060/80<38配有機(jī)構(gòu)氣動(dòng)氣動(dòng)氣動(dòng)氣動(dòng)氣動(dòng)氣動(dòng)電動(dòng)斷路器滅弧介質(zhì)壓縮空氣SF6壓縮空氣SF6SF6真空1國(guó)內(nèi)外GCB的使用和發(fā)展?fàn)顩r美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在電廠設(shè)計(jì)中，其大容量發(fā)電機(jī)出口均考慮裝設(shè)GCB.目前國(guó)內(nèi)電廠采用GCB或發(fā)電機(jī)負(fù)荷開(kāi)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(guò)去GCB主要在水電工程和核電工程被廣泛采用，近年來(lái)隨著我國(guó)電力系統(tǒng)大電網(wǎng)、大機(jī)組、超高壓的發(fā)展，怎樣簡(jiǎn)化電廠的運(yùn)行操作，提高機(jī)組的可用率以及提高系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性等問(wèn)題越來(lái)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(guó)內(nèi)制造商還沒(méi)有能力生產(chǎn)與600MW等級(jí)大容量機(jī)組配套的GCB，國(guó)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(jiàn)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(yáng)高壓開(kāi)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(kāi)斷電流為58kA.空氣型GCB，如法國(guó)A―A公司生產(chǎn)的PKG2型額定電壓為36kV，額定電流11000A，額定開(kāi)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(diǎn)，在我國(guó)葛洲壩水電廠有使用，運(yùn)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(yùn)用SF6自滅弧原理，當(dāng)動(dòng)觸頭分開(kāi)時(shí)產(chǎn)生電弧來(lái)加熱SF6氣體使其膨脹形成熄弧所需氣體，同時(shí)電流流過(guò)固定觸頭內(nèi)的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，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(guó)內(nèi)外電廠有大量的使用，它額定電流可達(dá)2000A，開(kāi)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(kāi)關(guān)等設(shè)備，成為多功能的組合電器。

　　綜上所述，目前國(guó)外GCB的技術(shù)發(fā)展十分迅速，各大公司競(jìng)相開(kāi)發(fā)革新技術(shù)，從原來(lái)的少油型向SF6型和真空型斷路器發(fā)展，體積越來(lái)越小，額定電流和開(kāi)斷電流越來(lái)越大，機(jī)械壽命高達(dá)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(hù)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(jī)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(jī)巨大的額定電流和短路電流以及開(kāi)斷電流的直流分量大，使得GCB制造困難，造價(jià)也甚高�？紤]技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，除小容量機(jī)組的發(fā)電機(jī)出口設(shè)置少油斷路器外（單機(jī)容量200MW以下），一般大機(jī)組（單機(jī)容量20MW及以上）大都采用發(fā)電機(jī)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(kāi)關(guān)。近年來(lái)，隨著GCB制造質(zhì)量和技術(shù)的進(jìn)步，價(jià)格不斷降低，而如何提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性將越來(lái)越得到重視。下面就發(fā)電機(jī)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(jī)組采用的發(fā)電機(jī)與變壓器組的單元接線方式的優(yōu)點(diǎn)在于省去了GCB，同時(shí)也省去了相應(yīng)的繼電保護(hù)。但是這種簡(jiǎn)化的接線方式卻使得發(fā)電機(jī)、變壓器和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行在很大程度上要取決于主變高壓側(cè)的高壓斷路器運(yùn)行可靠性的影響。當(dāng)高壓斷路器在正常運(yùn)行中，在執(zhí)行解列或并車操作時(shí)、在事故狀態(tài)下的動(dòng)作過(guò)程中，如果發(fā)生一相或二相斷路器因拒動(dòng)、誤動(dòng)或斷口絕緣擊穿而導(dǎo)致非全相分、合閘狀態(tài)時(shí)，則電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行將會(huì)受到嚴(yán)重的威脅，極有可能因非全相運(yùn)行而造成變壓器絕緣損壞甚至起火燒毀，發(fā)電機(jī)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(guó)內(nèi)發(fā)電廠己發(fā)生過(guò)不少類似事故，如：某電廠因2號(hào)爐故障停機(jī)檢查，運(yùn)行人員操作2號(hào)機(jī)主變斷路器跳閘時(shí)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(hào)機(jī)主變與系統(tǒng)解列，造成非全相運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8min，引起2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子燒毀。又如石洞口二廠2號(hào)機(jī)作逆功率試驗(yàn)時(shí)，2號(hào)機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)引起主變高壓側(cè)并聯(lián)的斷路器三相分閘。因一臺(tái)斷路器未能分閘到底，造成斷路器非全相運(yùn)行，導(dǎo)致電廠另一臺(tái)運(yùn)行的600MW機(jī)組、電網(wǎng)4條50kV線路、3條22kV線路、黃渡變的一臺(tái)500kV變壓器及一臺(tái)20kV變壓器先后跳閘。

　　從這些案例可以看出，事故原因是因?yàn)楦邏簲嗦菲鞅倔w、操作機(jī)構(gòu)、控制回路故障和運(yùn)行人員處理不當(dāng)?shù)人�引發(fā)的重大事故。發(fā)電機(jī)和變壓器的損壞，不僅會(huì)使整個(gè)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(jì)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(jī)組與故障點(diǎn)分開(kāi)大大縮短事故時(shí)間，從而有效地保護(hù)機(jī)組，保證電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，所以采用GCB將提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

　　22保護(hù)發(fā)電機(jī)及主變壓器當(dāng)發(fā)電機(jī)帶不平衡負(fù)荷運(yùn)行、內(nèi)部或外部發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)均會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生很嚴(yán)重的機(jī)械和熱應(yīng)力，這種故障電流及其非全相運(yùn)行的負(fù)序分量所引起的熱應(yīng)力加在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的阻尼繞組上，會(huì)產(chǎn)生異常的高溫而使發(fā)電機(jī)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(huì)對(duì)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(jī)免遭損壞。但如果沒(méi)有裝設(shè)GCB發(fā)電機(jī)會(huì)持續(xù)提供不平衡負(fù)載給故障點(diǎn)，直到滅磁裝置起作用。由于滅磁過(guò)程往往會(huì)持續(xù)幾秒鐘時(shí)間，甚至?xí)�超過(guò)1s，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)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?yàn)樵摴收峡赡苁悄骋辉O(shè)備固有的弱點(diǎn)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(gè)例子，假設(shè)變壓器高壓側(cè)套管對(duì)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(méi)有GCB發(fā)電機(jī)會(huì)不斷的把電流送到故障點(diǎn)，直到滅磁設(shè)備起作用。一般滅磁時(shí)間均需5~2s不等，特別是對(duì)那些在主變高壓側(cè)的故障，在最初的4ms內(nèi)，燃弧電流來(lái)自系統(tǒng)側(cè)和發(fā)電機(jī)側(cè)，變壓器油箱內(nèi)部壓力上升極其迅速。4ms時(shí)，高壓斷路器把系統(tǒng)與故障點(diǎn)分開(kāi)，燃弧電流只由發(fā)電機(jī)供給，如果沒(méi)有GCB發(fā)電機(jī)會(huì)把一個(gè)因?yàn)闇绱哦�衰減的電流源源不斷的送到燃弧點(diǎn)，并維持幾s的時(shí)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(shí)GCB動(dòng)作切斷發(fā)電機(jī)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(jiàn)，采用GCB能夠保護(hù)主變壓器。

　　23提高保護(hù)選擇性當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)發(fā)生故障時(shí)，GCB動(dòng)作將故障點(diǎn)與系統(tǒng)隔離，避免了廠用電事故切換，簡(jiǎn)化了廠用電源的控制保護(hù)接線，降低了保護(hù)動(dòng)作的聯(lián)鎖復(fù)雜性。當(dāng)主變壓器側(cè)故障時(shí)，GCB可以迅速切除，使得發(fā)電機(jī)、主變壓器和廠用高壓變壓器處于各自獨(dú)立的保護(hù)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(jī)組所需的全部操作任務(wù)，是因?yàn)樗�的位置處在回路中最恰�?dāng)?shù)牡胤�，可以在不中斷廠用電源的情況下將發(fā)電機(jī)斷開(kāi)，這樣運(yùn)行人員也減少了操作，避免了出錯(cuò)的可能性。機(jī)組投運(yùn)進(jìn)行短路試驗(yàn)時(shí)，可很方便地實(shí)現(xiàn)使用接地開(kāi)關(guān)，否則要進(jìn)行試驗(yàn)改接線，需投入額外的資金和時(shí)間，還有可能承擔(dān)不必要的風(fēng)險(xiǎn)。

　　當(dāng)電廠與電網(wǎng)的連接經(jīng)由高壓斷路器通過(guò)主變壓器受電時(shí)，同期點(diǎn)可由GCB來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于同期操作來(lái)而言，應(yīng)用主變高壓側(cè)斷路器和GCB來(lái)進(jìn)行同期操作有什么不同呢，國(guó)外最新的研究表明分別由高壓斷路器和GCB來(lái)實(shí)現(xiàn)同期操作和不同期操作所引起的延遲過(guò)零電流，對(duì)系統(tǒng)有著不同的影響，在反相同期操作過(guò)程中由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的快速轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生的延遲過(guò)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(jìn)行操作時(shí)，高壓斷路器可能會(huì)受到過(guò)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(guò)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(lái)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(jí)進(jìn)行操作時(shí)，斷路器電壓等級(jí)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。

　　3裝設(shè)GCB經(jīng)濟(jì)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(jìn)步，大容量機(jī)組啟動(dòng)（備用）電源的設(shè)置原則正在發(fā)生變化。當(dāng)GCB的價(jià)格與啟動(dòng)/備用變、高低壓側(cè)開(kāi)關(guān)等設(shè)備價(jià)格相比接近時(shí)，可以考慮不設(shè)專用的啟動(dòng)/備用變，而由主變通過(guò)廠用工作變提供起動(dòng)電源的方案，把一次投資降低至最少。即便設(shè)置啟動(dòng)/備用變把GCB的投資考慮在內(nèi)，在提高電廠可用率的同時(shí)，仍有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益加。下面就600MW機(jī)組常用的兩種電氣接線方案作經(jīng)濟(jì)性比較：方案一：采用發(fā)電機(jī)一變壓器組接線，發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)GCB，設(shè)置兩臺(tái)啟動(dòng)/備用變，變壓器電源從1km附近的200kV變電所引接，兩臺(tái)啟動(dòng)/備用變采用2回線路，連接線采用架空線，變電所采用一個(gè)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(shí)，廠用電源由啟動(dòng)/備用變提供。其主接線示意圖見(jiàn)方案二：采用發(fā)電機(jī)一變壓器組接線，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)GCB，當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)和正常停機(jī)時(shí)，廠用電源由系統(tǒng)通過(guò)主變壓器倒送供給。設(shè)一臺(tái)事故停機(jī)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(gè)半斷路器或雙母線接線。其主接線示意圖見(jiàn)方案一、二主接線中各元件可靠性數(shù)據(jù)采用國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議公布的數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(shí)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(shí)間減少604h，裝設(shè)GCB將可以產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

　　根據(jù)對(duì)方案一、二的初期投資計(jì)算比較（見(jiàn)表）方案二比方案一初期投資需大約加630萬(wàn)元：依據(jù)可利用率的計(jì)算結(jié)果，平均故障時(shí)間方案二較方案一少604h，如機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)假設(shè)6h，那么每年機(jī)組可以多發(fā)電達(dá)4960kW，扣除6%的廠用電量，每年上網(wǎng)電量可加466616萬(wàn)度，上網(wǎng)電價(jià)按0 34元/kWh，電廠年收入可收1586.5萬(wàn)元，因此方案二運(yùn)行收益顯著，能較快的收回初期投資。

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

　　08故障率X 2臺(tái)主變X年運(yùn)行小時(shí)數(shù)X使用年限X（無(wú)GCB故障修復(fù)天數(shù)X 4h*GCB故障恢復(fù)時(shí)間）X利潤(rùn)X（GCB起作用的）此類故障率）=1171 4萬(wàn)元。顯而易見(jiàn)，該項(xiàng)收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于初期投資的差異。

　　4結(jié)束語(yǔ)由上述可見(jiàn)，使用GCB不僅可以保護(hù)發(fā)電機(jī)和變壓器，減少設(shè)備平均維護(hù)時(shí)間，改善了同期條件，使整個(gè)電廠的安全可靠性大大提高，方便電廠管理、運(yùn)行和維護(hù)，同時(shí)還能帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益，使整個(gè)電廠壽命周期內(nèi)維護(hù)成本得到降低，加快了電廠的投資回報(bào)，因此大容量機(jī)組的發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)GCB是值得考慮采納的方案之一。