发电机出口断路器（GCB）方案论证

汪 鹏

（广州四方邦德实业有限公司，广东 广州 510000）

1 工程概况

某工程建设2×400MW级(F级改进型)燃气热电冷联产机组，机岛采用按东方电气股份有限公司的M701F4型燃气轮机，余热锅炉采用东方日立锅炉有限公司的三压、再热、自然循环、无补燃、卧式余热锅炉。工程按“一拖一”多轴布置机组，每套“一拖一”机组包括1台燃气轮机发电机组和1台蒸汽轮发电机组。燃气轮机发电机为全氢冷冷却发电机，额定输出336.6MW，出口电压16kV，额定功率因素0.85；蒸汽轮机发电机为空冷发电机，额定输出150MW，出口电压15.75kV，额定功率因素0.85。

电厂以220kV一级电压接入系统，出线2回，接入220kV变电站，新建线路截面按2×630mm2考虑，电厂至变电站新建线路约为2×13km。

2 方案论证

2.1 燃机发电机出口

燃机发电机引出线到主变低压侧、厂高变高压侧均采用全链式离相封闭母线。发电机与主变压器之间装设断路器和隔离开关，厂用分支不装设断路器和隔离开关，在汽机主封母上T接励磁分支封母至励磁变压器和发电机出口电压互感器及避雷器柜。

电厂的运行主要分三个阶段：

1）调试和维护；

2）同期和正常运行；

3）非正常运行。

下表就燃机发电机出口GCB在电厂的运行、维护的作用以表的形式做一下分析。

表1

通过以上的分析，表明装设了GCB，在机组正常起停时，及在发电机、汽机、燃机发生故障引起跳机时，不需要进行厂用电源的切换操作，提高了厂用电的可靠性。

装设GCB除了减少厂用电切换操作外，还有以下优越性：

1）主变或高厂变内部故障时，迅速跳开发电机侧断路器和高压侧断路器，切断供电电源，对保护主变和高压厂变有利。如果不装设GCB，由于发电机励磁电流的衰减要经过一定的时间，只切开高压系统供电电源，发电机仍继续向故障点供电，从而扩大了主变或厂高变的损坏程度，国内外已有报道该种故障引致严重损坏主变压器的事例；

2）采用了GCB，不仅实现了发电机，变压器有选择的保护跳闸，简化了保护接线，而且多数保护无需动作高压断路器，从而避免了厂用电源的失去，这对于一些瞬时性故障特别是来自于锅炉、汽机的热工误发信号的排除，尽快恢复机组的运行和避免因误操作而导致损失非常有益。根据某燃气电厂的运行经验，三台GCB在机组调试期同共计动作800余次，多数情况下可在数十分钟内恢复机组的运行；

3）发电机系统各种故障发生时，不解列厂用电而断开GCB，当故障消失时，允许发电机快速的再次接入。GCB可以避免由不平衡负荷运行引起的过大的负序电流对发电机转子表面的损害，若使用GCB，会在50～80ms以内把机组与故障分隔开，从而有效地保护机组；

4）减少厂用备变的台数和容量，只作机组安全停机用。

综上所述，大型发电机组采用GCB有明显的技术优势。GCB具有使机组调试和维护阶段更加方便；大大改善同期条件；避免或减少厂用电切换带来的风险，提高厂用电可靠性；简化继电保护接线，缩短故障恢复时间，提高机组可用率等技术优点。GCB不仅能在事故发生时避免或减少对设备的损害程度，而且还能有效地防止或减少事故的发生。

但是装设GCB也存在一些不足：

1）投资较大幅度提高；

2）GCB故障或检修时将影响整个机组的运行；

3）由于在燃机电厂中使用，在机组停机过程(约12小时/日)，主变空载损耗增加了运行费用。

根据参考文献[2]第16.3.13条，“容量为200MW-300MW的机组，每2台机组可设1台高压厂用起动/备用变压器”，“容量为600MW的机组，当发电机出口不装设断路器或负荷开关时，每2台机组可设1台或2台高压厂用起动/备用变压器；当发电机出口装有断路器或负荷开关时，四台及以下机组可设,1台高压厂用备用变压器，5台及以上同容量机组可设置1台不接线的高压厂用工作变压器”。装设GCB后，机组正常启动或停机的高压厂用电源可以通过主变从系统倒送，不需启动/备用变压器来提供厂用电源，该变压器应称为高压备用变压器，仅在高压厂用变压器故障或检修时，才由它替代工作，或者当主变或高变故障时提供紧急停机厂用电源。

图1

本期电厂各机组均需具备作为调峰机组的功能，起停频繁，发电机出口装设断路器主要好处是避免起动电源与工作电源间较频繁的切换操作，提高厂用电的可靠性，简化继电保护接线，缩短故障恢复时间，提高机组可用率，因此推荐采用GCB，目前国内建设的350MW级燃机电厂均配置了GCB。

2.2 汽机发电机出口

由于装设燃机发电机出口GCB后，机组正常启动或停机的高压厂用电源可以通过主变从系统倒送，而高压厂用电源接自燃机发电机出口，因此，汽机发电机出口不需要装设GCB。

2.3 主接线方案（见图1）

［1］西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].中国电力出版社，1989，12.

［2］GB50660-2011 大中型火力发电厂设计规范[S].2011.

［3］DL/T5222-2005 导体和电气选择设计技术规定[S].2005.