发电机出口断路器的应用

陆鹏飞

摘要：文章对发电机和变压器之间安装的出口断路器的主要作用进行详细介绍，并对发电机出口断路器在电厂中应用所起到的投资经济性进行分析，以供参考。

关键词：发电机；出口断路器；GCB方案

1引言

在我国电力工业快速发展的过程中，发电机和变压器之间进行出口断路器的加装，主要作用就是对运行操作程序进行简化，并且对二者运行中的故障范围进行控制，便于运行过程中对其进行调试和维护，对提高发电机以及变压器的运行安全具有重要作用。但是我国前期的发电企业中很少进行出口断路器的安装，这主要是由于早期的出口断路器体积较大、噪音较高、使用寿命短、运行可靠性低、价格高等缺点，而在目前出口断路器的发展过程中，对上述问题进行有效的改善，而且在大型的发电企业中开始采用GCB方案来进行出口断路器的运行，在发挥其作用的同时，提高其应用的经济性和安全性。

2发电机断路器的主要作用

2.1对发电企业用电切换和操作程序进行简化

针对我国目前设有专用的启动或备用变压器的发电厂来说，在进行机组的启停以及对变压器进行故障检修等操作时都需要进行厂用电源的切换操作。对于机组的启停操作来说，如果不进行断路器的设置，就需要进行厂用工作变压器与启动/备用变压器之间进行关联切换，但是由于二者具有不同的系统电源和阻抗值，这就会导致二者的低压侧母线之间存在初始相位差的问题，所以在上述切换过程中就会在二者的变压器之间产生环流问题，严重时环流比较大会对变压器造成损害并缩短其使用寿命，影响其安全运行。同样在发电厂运行中出现事故进行检修时，也容易由于常用工作母线电压与启动/备用母线电压之间存在较大的相位差而造成设备损害问题，或者会由于频繁的电源切换而缩短设备的使用寿命并影响其安全运行。而使用发电机断路器之后，在机组启停过程中，启停电源是通过主变压器倒送电至厂用工作变压器获得，因此在机组启停的过程中无需厂用电源的切换，而只有在此过程中出现了变压器故障时才进行电源切换。因此大大降低了电源切换的概率，对于确保发电厂机组启停过程的安全可靠，并简化操作、降低操作难度。

2.2提高发电机和变压器的保护水平以及系统的稳定性

在发电机中应用了出口断路器之后，一旦其运行中发生故障，采用GCB方案就可以在不失去厂用电源的前提下在极短的时间内将机组与故障点进行隔离，确保机组停机的安全性并避免厂用电源的失去而导致出现氢爆等事故。此外，断路器还具有快速灭磁的作用来防止发电机故障的扩大化。而对于主变压器以及高压工作厂变压器来说，一旦其发生内部故障，就可以在较短的时间内进行故障电流的切除，而且会限制发电机提供的短路电流，从而大大降低变压器出现爆炸以及火灾的概率，实现对变压器故障所造成经济损失的控制。因此可以看出，发电机断路器的应用，不仅对其保护接线进行了简化，并且有选择地进行保护跳闸，对厂用电源切换的动作进行了避免，所以也避免了由于此问题而导致的锅炉以及汽轮机的热工误发信号的问题，便于在较短的时间内对故障进行修复而减少由于故障所造成的损失。

此外，对于目前我国采用一台半断路器接线方式或双母线接线方式的500kV发电厂来说，其高压断路器具有较高的额定电压以及较大的相间距离，所以采用分相操作机构，但是此种方式容易在单相重合闸过程中出现非全相运行的问题，这就会对发电机和主变造成较大的破坏。因此目前采用断路器中三相机械联动的设计来避免上述问题，以及对于上述问题采用GCB方案来减少主变高压侧断路器的开断次数和运行操作，对于提高系统稳定运行以及供电可靠性具有重要作用。

2.3简化同期操作，便于检修和调试

采用了高压断路器之后其运行中会由于受到电压作用且被污染的情况下而出现断路器外部绝缘介质闪络的问题，尤其是对于没有采用三相机械联动的断路器来说，会导致在同期操作中出现较大的不同期问题，而此问题就会导致不平衡负载问题的发生并导致出现比较严重的机械和热应力现象，最终会导致发电机的损坏。而采用断路器则可以在同期操作中通过降低电压等级来降低出现外部绝缘闪络的概率，而且通过在室内封闭金属壳内进行安装的方式来改善其运行环境，确保其绝缘安全裕度来保证同期操作的安全可靠。此外，采用断路器可以实现发电机与变压器之间的分割，而便于对其进行分组逐级测试，也就是为对其进行调试和维护以及发电机短路试验提供便利。

2.4避免失去厂用电源

在厂用电系统中采用GCB方案之后，如果系统与发电机之间出现故障并导致振荡问题的发生时就会导致发电机与电网之间出现电流波动问题，这就会导致转子绕组和表面过热，而此时就会触发解列保护动作而导致GCB跳闸，这就会使得发电机灭磁并保持在一定的转速状态而不会对厂用电造成影响。而在上述问题消除之后就会在最短的时间内恢复并网发电和运行，缩短由于系统振荡而耽误的停机时间。

2.5在核电厂重点应用

核电厂中的厂用电系统其主要作用就是确保核电厂的附属设备的正常运行，保证其在任何工况下都有稳定、安全可靠的电源。而核电厂的反应堆在正常的启动和停机的过程中，需要由厂外500kV经主变、高厂变向厂内供电。采用GCB方案时，可以在启停过程中将GCB设置在断开状态，并且将辅助变压器与220kV线路进行连接，而厂内10kV中压母线连接的断路器处于段断开状态。但是在500kV线路出现故障而导致超高压断路器延时断开时，在线路保护的作用则可能将故障进行消除，否则就会导致超高压断路器断开而GCB闭合，这就会使得发电机负荷很快降到常用负荷带厂用电运行，并且在线路故障消除之后重新向厂外供电。

3采用GCB方案的经济性分析

3.1投资经济分析

按照传统的断路器设计方案，需要在每2台发电机组就要2台双绕组的启备变或一台双分裂绕组的启备变以及相应的高、中压配电装置的配置。并且还有可能要增加变电站的出现间隔以及线路等投资。但是采用GCB方案可以减少对启备变的使用数量，甚至是可以不用启备变，在电网结构可靠的前提下可以只采用一台小容量停机变来作为保安电源就可以满足要求。而且在系统运行中主变或者高压工作常长变以及高压工作母线中的一个单元出现故障时，并且会导致厂用电无法倒入时才能对停机变进行启动，确保机组停机的安全，因此，采用此种方案，对厂用电系统的接线进行简化，也使得厂用电系统的投资减少，表现出较好的投资经济性优点。

3.2运行经济分析

在采用厂用备用电源的情况下，其运行过程中每次机组启停从启备变倒入的厂用电量都需要向供电部门进行电费的支付，而且起便是没有进行机组的启停操作也需要向供电部门进行基本电费的支付，而且电费是按照启备变容量的大小来确定的。在运行中通常将启备变设置在充电状态来随时保证电源运行的可靠性，但是在此过程中会产生较大的变压器空载损耗。而采用GCB方案之后，仅进行一台小容量的停机变就可以满足要求，可以对上述电费进行节省，并且根据实际运行发现，通常在2~3年就可以将GCB增加的投资进行收回，并且会大大降低其运行中所产生的电能损耗。

4结语

在发电厂运行中采用GCB方案可以对厂用电切换/操作程序进行简化，提高发电机、变压器的保护水平及系统稳定性，并且对同期操作进行简化，便于后期运行中进行检修与调试，也会在系统运行中发生故障时能够避免失去厂用电源，也可以在核电厂中进行应用确保厂用电运行的安全性和可靠性。对GCB方案的投资经济性和运行经济性进行分析之后可知，其不仅初期投资比较少而且运行经济性良好，可以在短时间内收回投资，具有良好的经济效益。

参考文献：

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