装设发电机出口断路器优越性的分析

路俊杰　邢晓鹏

【摘要】本文首先就“什么是发电机出口断路器？”这一问题作了相关解释，并对发电机出口断路器所具有的功能和作用作了简要的介绍；然后分析了发电机出口断路器的安装技术；最后从技术性和经济性两个方面入手，浅谈了一下在发电机和电力系统之间安装断路器的好处，以供相关同志参考。

【关键词】发电机：发电机出口断路器（GCB）；电力系统：优越性：技术分析：经济比较

【中图分类号】TM561 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0039-01

在我国，对于大容量发电机的出口处是否应该设置和安装断路器，来保护发电机和主要电力设备的安全这一问题受到了社会部分人士普遍的关注与争议。当前，随着我国国民经济的飞速发展，各行各业用电的需求量也越来越大，我国电力工业的制电和发电量已经远远跟不上经济的发展，无法满足社会用电的需求。为了缓解电力紧张，我国各城市各地区先后建立起了大型的燃煤发电机组，利用燃煤发电技术缓解和改善我国电力紧张的局面。然而，某些地区所建设的燃煤发电厂在进行发电工作时，由于其发电机的出口处没有装设断路器，导致其长用电的切换只能在两个不同期的电网之间进行切换，不但为其发电工作带来了不必要的玛法，还增加了安全事故的发生率。由此来看，在某些大容量发电机出口处安装断路器是有一定必要性的。

一、发电机出口短路器的定义

发电机出口断路器，英文简称“GCB”，它是指安装和作用在发电机与电网系统之间的一个断开电气设备，它可以主导程序的运行与停止，并且可以对发电机以及变压器的事故范围起到减小的作用。简单来说，出口断路器就相当于一个电力开关，当它连接时，发电机和电网系统之间也进行了连接，发电机工作、运行，导致电力系统开始运作，系统中的相关电气设备，如照明、取暖等设备得以为人类提供服务；当它断开时，发电机和电力系统之间的连接也随之断开，电力系统不再运行。

就目前而言，我国对发电机出口断路器的安装例子并不多，因为出口断路器要控制电力系统以及相关程序的运行，所以它所需要，并且经过它的电流数值较大，这便导致它的额定电流也变得极大。一般来说，发电机出口断路器的额定电流大多在几十千安以上，其设备的造价较为昂贵，所以当前，我国相关行业中安装出口断路器的例子并不多。

二、装设GOB技术分析

安装在发电机出口的低电压、大电流断路器，其作用可谓举足轻重。以前由于发电机巨大的额定电流和短路电流以及开断电流的直流分量大，使得GCB制造困难，造价也甚高。考虑技术和经济因素，除小容量机组的发电机出口设置少油断路器外（单机容量200 MW以下），一般大机组（单机容量200 MW及以上）大都采用发电机变压器组单元接线，尽量使用离相封闭母线不装出口断路器和隔离开关。近年来，随着GCB制造质量和技术的进步，价格不断降低，而如何提高系统的安全稳定性将越来越得到重视。下面就发电机出口设置断路器的优越性作一分析。

1、提高系统安全性和稳定性

一般来说，我国对于200MW或200MW以上的发电机组所采用的接线方式是单元接线，并且这种单元接线方式在实际操作中并没有在发电机和变压电气之间安装GCB，从而使得其整个电力系统失去了相应的继电保护。单元接线方式的操作比较简单，但这种简化的电路接线方式却使得发电机的运作以及整个电力系统运行的稳定，完全取决于高压断路器运行的可靠度，若高压断路器能够可靠运行，那么发电机便可正常发电，其所在的电力系统也可稳定运行；但如果高压断路器不能对其主变高压电路进行保护，使得主变高压电路出现运行故障，那么必然将影响到发电机的运作，从而造成供电系统出现故障，对电网的安全运行造成巨大影响，甚至还既有可能造成变压器设备损坏或出现火花，引起变压器起火，造成大面积的停电，给相关企业带来巨大的经济损失。

我国曾经便发生过这样的例子。某个发电厂由于其主变电路上高压断电器出现故障，导致一系列的连锁反应出现，对发电机和变压器造成损坏，影响到整个电力系统的安全、稳定运行，给发电厂带来了巨大的经济损失。面对这样的情况，如果其发电厂在发电机出口处装设了GCB，那么则完全能够减少事故的发生。GCB可在50～60 ms内把机组与故障点分开大大缩短事故时间，从而有效地保护机组，保证电力系统的长期稳定运行，所以采用GCB将提高系统运行的安全性和稳定性。

2、保护发电机及主变压器

当发电机带不平衡负荷运行、内部或外部发生不对称短路时均会对发电机产生很严重的机械和热应力，这种故障电流及其非全相运行的负序分量所引起的热应力加在发电机转子的阻尼绕组上，会产生异常的高温而使发电机转子严重受损。除此以外，高压断路器的合、分闸不同期，避雷器的损坏，架空线或GIS连接套管上行波反射造成的接地故障都会对发电要造成影响，GCB可以迅速切除这些故障，使得发电机免遭损坏。但如果没有装设GCB，发电机会持续提供不平衡负载给故障点，直到灭磁装置起作用。由于灭磁过程往往会持续几秒钟时间，甚至会超过10 s，从而导致发电机严重的损坏。

虽然GCB不可能避免系统内某一故障的发生，因为该故障可能是某一设备固有的弱点或是外部原因所造成的，然而GCB可以减少加在设备上的各种应力和故障所造成的损坏程度，并对主变压器进行保护。

3、提高保护选择性

当发电机侧发生故障时，GCB动作将故障点与系统隔离，避免了厂用电事故切换，简化了厂用电源的控制保护接线，降低了保护动作的联锁复杂性。当主变压器侧故障时，GCB可以迅速切除，使得发电机、主变压器和厂用高压变压器处于各自独立的保护范围内。

4、方便调试和改善同期条件

GCB之所以能执行机组所需的全部操作任务，是因为它的位置处在回路中最恰当的地方，可以在不中断厂用电源的情况下将发电机断开，这样运行人员也减少了操作，避免了出错的可能性。机组投运进行短路试验时，可很方便地实现使用接地开关，否则要进行试验改接线，需投入额外的资金和时间，还有可能承担不必要的风险。

当电厂与电网的连接经由高压断路器通过主变压器受电时，同期点可由GCB来实现。

当同期在高压侧进行操作时，高压断路器可能会受到过电压作用。在污染较重的情况下，可能使高压断路器外部绝缘介质的闪络。再者，高压断路器一般都不是三相机械联动的，所以在同期操作过程中就有可能产生有较大不同期，这样会产生一个不平衡负载，给发电机带来严重的机械和热应力，从而损坏发电机。

三、装设GCB经济比较

随着主变压器制造质量的提高和GCB制造技术的进步，大容量机组启动（备用）电源的设置原则正在发生变化。当GCB的价格与启动/备用变、高低压侧开关等设备价格相比接近时，可以考虑不设专用的启动/备用变，而由主变通过厂用工作变提供起动电源的方案，把一次投资降低至最少。即便设置启动/备用变把GCB的投资考虑在内，在提高电厂可用率的同时，仍有相当可观的经济效益增加。

四、结束语

由上述可见，使用GCB不仅可以保护发电机和变压器，减少设备平均维护时间，改善了同期条件，使整个电厂的安全可靠性大大提高，方便电厂管理、运行和维护，同时还能带来明显的经济效益，使整个电厂寿命周期内维护成本得到降低，加快了厂的投资回报，因此大容量机组的电机出口装设GCB是值得考虑采纳方案之一。

参考文献：

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[2]马明武.发电机出口安装断路器的运用[J].西北电力技术.2004（06）

[3]顾延辉，刘大勇.发电机出口断路器（GcB）应用的探讨[J].电气开关.2008（02）