论电气主接线与装设发电机出口断路器的关系

董红伟（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰025350）

从原理上说，发电机出口断路器（GeneratorCircuit-Breaker，简称GCB）和一般断路器之间区别不大，但由于发电机本身功率较大，出现问题之后直流分量瞬间提升，因此，在选择断路器配件时要求发电机断路器动作时间必须很短。在发电机组运行发生故障时，断路器可以在发电机和电网之间设立一个可控制的“断点”，将发电机组的故障与电网隔离开来，避免并网运行造成的破坏。

近年来，随着我国经济建设速度越来越快，科学技术应用越来越普及，各行业对电力的需求也不断提高。在工业生产中，以电力为驱动的设备种类、数量越来越多，而在生活、工作和学习方面，以计算机为代表的现代电气产品也越来越多，甚至在某些层面取代了传统的办公方式，一些企事业单位甚至出现了停电就无法办公的局面。

基于以上问题，为了缓解电力资源的供应紧张问题，“十二五”期间我国先后建立了多个大型发电机组，其中60%左右为燃煤发电机组，并不断增加水电、风电等比例，来提高绿色能源的比例。但是，随着大型发电机的建立，与电网之间切换频繁造成一定的安全隐患，发电机出口缺乏断路器设置尤为明显；处于安全角度考虑，在大容量发电机的出口安装断路器，已经成为保护发电机以及其他主要电力设备的主要措施。

发电机出口断路器即一种断开电气设备，安装位置在发电机与电网系统之间，它的存在可以促使主导程序的停止和启动，相对而言，较之缺乏出口断路器的电机组在事故数量、事故范围等方面更小。换句话说，出口断路器相当于是一个发电机开关，要实现与电网的连接就要保持闭合状态，反之，当它断开之后发电机组和电网之间也就没有了联系，电力系统的功能丧失。

就目前来说，我国在发电机出口安装断路器的数量很有限，其原因除了成本之外，也和电力系统生产运营模式相关，从侧面表现出我国电力生产企业亟待标准化改造的需求。

1 发电机出口断路器应用优势分析

事实上，关于是否在发电机出口安装断路器一直是业内争论的话题，支持者认为有助于发电机设备及电网保护，反对者认为毫无必要，因为断路器工作的环境必须要经过的电流数值比较大才能生效，且造价昂贵，对于我国发电企业而言是个不小的经济负担。笔者肯定安装出口断路器的优势，由于我国早期发电机的巨大额定电流和短路电流等直流分量过大，导致出口断路器的适应性较差，想要满足低电压、大电流的要求十分困难，造价自然也大幅度提升。同时，我国发电机组大致分为两类，小容量机组的单机容量在200MW以下，而大容量机组的单机容量在200MW以上，大机组采用的发电机变压器单元接线应该使用隔离开关，从客观方面提出了要求。

以下笔者针对发电机出口断路器的优势进行总结。

1.1 有利于系统安全性和稳定性

出于安全考虑，我国针对200MW以上的发电机组所采用的大多是单元接线，而从经济性考虑，在这种接线方式的实际操作中，并没有在发电机和电网（变压器）之间安装出口断路器，如此一来就会导致整个电力系统缺乏继电保护。从操作角度来说，单元接线的方式简单、便捷，可以缩短施工工期，减少一次性经济投入。但是，这种简化了的电路接线方式却忽视了稳定独立性的需求，完全取决于高压断路器的保护能力；如果高压断路器不能发挥应有功能，而发电机和变压器并没有进行相应地故障停车，必然导致整个供电系统的损坏或故障，引发变压器起火等问题。

根据笔者的经验分析，如果在发电厂的发电机出口安装断路器，最短在50毫秒就可以断开与供电系统的联系，有效地保护发电机组和变压器的安全，从突发性事故和长期稳定运行角度分析，GCB的安装都是很必要的。

1.2 有利于保护发电机和变压器

电力问题发生是多方面的，并非仅仅是电网或电力系统，发电机本身也会出现一些问题，如不平衡负荷运转、内外部不对称短路等，会导致电极出现机械发热或电流间断，这种情况下所产生的高温会在发电机转子阻尼上产生影响，并进一步导致转子受损。在这种情况下，应该及时切断它与电力系统的联系，对主变压器进行保护。

1.3 有利于提高保护选择性

针对发电机发生的故障来说，出口断路器可以将故障点与系统进行隔离，同时也避免了频繁的用电事故切换，厂用电源的保护接线得到了大幅度简化，同时也降低了保护动作复杂性。在新型技术的参与下，出口断路器可以实现自动切除，将发电机、主变压器以及其他设备实现独立保护。

1.4 方便调试和改善

出口断路器之所以能够发挥完善的保护功能，与安装的位置有很大的关系，它可以在不中断发电厂电源的情况下把发电机系统隔离开来，减少了复杂的人工操作局面，规避了可能出现的操作失误。

2 电气主接线与装设发电机出口断路器的关系

2.1 电气主接线

第一，单元制电气主接线。通常情况下，单元制电气主接线由一台发电机和一台变压器构成，而发电机和主变压器之间出现一个分支，引出一台发电厂用变压器，然后再用分相封闭母线把主变压器、发电机和厂用变压器组合起来构成一个整体。这其中，发电机、厂用变压器和主变压器三者之间是不设置断路器的，而在主变压器的高压侧，即对电力系统方面设置断路器装备，从而实现发电机启动并网和停车断电的需要。

第二，模块化电气主接线。我国所采用的模块化电气主接线类型并不多，其形式也是一台发电机、一台主变压器构成，但在发电机的出口安装一台断路器，然后再二者之间在引出一个分支，用于连接厂用变压器；将三者通过封闭母线联系在一起，不难看出，当发电机运行或停车中，发电机断路器介入电网或者从电网隔离，主变压器都能够维持正常的带电运行。

2.2 单元制与模块化的比较

两种方式在我国电力企业中皆有运用，但存在的优劣差异也较为明显。

首先，运行维修和实验方面。单元制接线的缺点是很明显的，发电机组体启动和停车之前，都要进行厂用电源的切换工作，包括正常的停车和事故停车，以及必要的维护检修时间。这样一来，频繁的切换操作会导致瞬变现象。同时，发电机组和变压器是不能分开进行检修的，当然也不能分开进行实验。而模块化在并网和正常运行中，主变压器由于断路器合闸的关系，设备停车依然维持厂电正常，安全灵活，不需要进行电源切换。

其次，可用率比较。发电系统最主要的影响因素包括两个，其一为故障率，其二为修理时间。如果整个系统出现故障的机率较大，必然会导致发电量不足或安全隐患增多，同时，由于发电机断路器的绝缘状态为中压绝缘，分相封闭，所以故障率较低，大部分故障因素是出现在接线过程中。修理时间与发生故障的次数有一定关系，但更多的则需要考虑维修的难度，采用断路器保护的方式，在维修中大多采用更换部件的方式，如此一来可用率自然提高。

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