发电机出口断路器在300MW级火力发电厂中的应用

发电机出口断路器在300MW级火力发电厂中的应用

王亮

（陕西陕煤韩城矿业公司煤矸石电厂陕西韩城715400）

摘要：如何简化电厂的运行，将机组利用率和系统的稳定性与安全性提高，是最近几年来基于我国电厂向大功率机组发展的一个主要内容，GCB的应用是将此类问题解决的一种方式。当前国内厂家无法生产与600MW大容量机组相匹配的GCB，只有ABB、ALSTHOM等国外有名的大公司才能生产GCB。鉴于不断发展的电力设备制造技术，不管国内还是国外的电厂使用的灭弧介质GCB中的气体为SF6，结构更加细致，发生故障的几率更低。在此基础上，重点讨论了300MW火电厂发电机出口断路器的应用。

关键词：发电机出口断路器；300MW级火力发电厂；应用

1、发电机出口断路器GCB的作用

（1）简化机组启动、停止时的运行，使供电运行方式更加灵活。当发电机正常启动或停止或发电机组拆卸发时的电机故障，不需要切换供电，可缩短发电机组的启动时间，降低误操作的概率，从而降低运营商的工作负载和创造条件，用于快速处理事故。

（2）机组正常停机或出现故障时，由主变压器倒送供电，不需开关机组电源，可降低对机组供电电机的触电和机械撞击。

（3）杜绝或降低高压断路器非全相运行对发电机造成的危害

（4）测试调试方便。在调试阶段，由于热保护误操作，主变压器高压侧断路器机组经常跳闸，导致供电系统频繁开关。GCB不仅可以解决上述问题，还可以利用GCB的短路隔离开关，很方便的进行发电机的短路测试。

2、装设GCB的经济性分析

当前，设置大容量机组启动（备用）电源的原则也在存在变化。GCB价格接近时启动/备用变压器（以下简称开始变压器）和高、低压侧开关等其他设备时，它可能被认为是不设置专用变压器，而由主变通过高厂变提供起动电源的方案，把初投资降低至最低。即使建立了储备变量，仍然考虑了GCB的投资。在增加发电厂可用性的同时，也具备乐观的经济效益。大唐清源2x300mw火电厂前期讨论的三种布线方案技术经济比较如下：

2.1技术方案

方案1：本方案为常规双母线连接，启动/备用变压器容量与高厂变压器相同。该方案6kV厂段的短路电平计算为40kA。

方案2：方案采用发电机-主变压器-线路的主接线方式，发电机出线采用GCB。与方案1相比，该方案通过系统的反向输电启动变压器供电单元，进行负荷调节和高压调节。取消备份更改。关机负荷经过计算后，根据现实容量的110%选择装置变量的容量，并将装置与1A、2A、1B、2B段手工连接，以确保一台机组在故障情况下也能关机。经计算，此方式的厂段短路电平为40kA。

方案3：方案主接线为双总线式。建立一个启动/备用变压器的能力相同的高厂变压器。GCB安装在发电机出口。经计算，此方式的厂段短路电平为40kA。

2.2主变压器故障损失与GCB安装的关系

电力系统运行风险评估中分析主变压器故障率是重要的内容之一。评估电力系统运行风险的原因是为电力系统未来几分钟到几小时工作的不确定性和安全性提供一个定量的指标端口。通过对主变压器故障率的分析，可以估算出主变压器每年造成的电力损失。

潜在故障在变压器内部的加速因素分为内部因素和外部因素，如下：

1）内部因素：

（1）过热；（2）放电；（3）吸湿性；（4）不规范的密封；油老化。

2）外部因素：

（1）操作错误；（2）被闪电击中；（3）短路电流冲击。如果安装GCB，不仅对吸湿性、密封性差和油老化的原本原因影响小，而且对其他导致变压器老化加速的因素影响大，可大大延缓变压器老化。GCB起保护作用的概率约为0.625。那么当采用上述方案二或方案三时，发电厂装设GCB可以减少因主变故障造成的年均停电损失费为：故障率×主变台数×年运行小时数×使用年限×（主变故障修复天数×24h-GCB故障修复天数×24h）×发电机台数×300000kW×发电利润×GCB起保护作用的概率，即：0.0012×2×（5500/8760）×30×（90×24-40×24）×2×300000×0.1×0.625＝203.43万元。

从上面的对比中可以看出，安装GCB后，会有一个无形的年收益。5年的时间都用不了就能够全部回收GCB安装的初始投资。如果发电利润进一步上升，GCB装置的初始投资能够在更短的期限内获得。

2.3取消备用变压器对电厂的影响

下面根据2.1中提出的三种方案，对电厂故障状态的运行模式进行简要的讨论。方案1的失效运行方式：如果是先降低负荷再关机，则可以采用正常关机模式；如果电源突然由于故障的紧急关闭，则由厂用电切换装置自动切换到由起备变引接的起动/备用电源，以确保重要的辅助机器的电源仍然可用，然后将安全关闭电源。方案2故障运行方式：对于锅炉、重要辅机、发电机，只关闭GCB，不关闭电源。如果机组因GCB、主变压器、HVDC、HVDC低压侧密封母线、220kV电路元件故障而停机，机组将失去电站电源。此时电源开关装置会自动将另一单元的HVDC放入该单元的备用电源，过程与方案1相同。

方案3故障运行方式：对于锅炉、重要辅机、发电机，只关闭GCB，不切换电源。如因GCB、主变压器、HVDC、HVDC低压侧封母线、220kV该电路元件故障导致机组停机，将使机组失去电厂供电。此时，电源开关装置将自动进入备用电源，过程与方案1相同。

从以上讨论可以看出，方案二取消了起备变，其厂用电的切换次数大大减少，并且不需要厂用电的同期投入并联运行方式。但是采用另一机组的高厂变作为本机组的备用电源，其电负荷需要精确统计，而且操作规程须完善完整，否则，会出现将另一台正常运行的机组拉停的事故。可以看出，取消备份更改既有优点也有缺点，可以人为地消除它的缺点。

3、结论和建议

GCB的应用能够对发电机和变压器进行保护，减少设备维修时间平均来简化布线模式，改善同时期的状况，使所有装置的安全性和可靠性大幅度提高，对电厂的维护与运行的管理比较方便，并且也可以获得直观地经济效益，使电厂整个的维护成本的生命周期降低，为了使电厂投资快速收回，所有，将GCB安装在300mw发电机出口处是很有必要的。

参考文献：

[1]火力发电厂设计技术规定.DL5000—94.中国电力出版社

[2]吴志成，程朝辉.发电机断路器（GCB）大型机组中应用的探讨.中南电力设计院

[3]姜柏卿.台山发电厂1号、2号机组发电机出口开关方案的选择［J］.广东电力，2001