发电机出口断路器装设的必要性研究

刘晓飞

摘 要：分析胜利发电厂新建项目工程情况，通过技术和经济比较，发电机出口装设发电机断路器方案具有明显的技术优势，但需增加设备投资。综合保护人身与设备安全至关重要性考虑，因此，建议大型火电机组装设发电机断路器。

关键词：发电机；断路器；装设

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.139

0 引言

关于发电机出口是否装设发电机断路器，这涉及到电气主接线、起/备电源引接及厂用电源切换等，特别是随着机组容量的增大、厂内配电装置电压等级的提高和“厂网分开，竞价上网”的逐步推行，经常引起对这一问题的论证。按[1]《大中型火力发电厂设计规程》GB50660-2011 第12.2.6条中规定“600MW级以上机组，根据工程具体情况，经技术经济论证合理时，在发电机与变压器之间可装设发电机断路器或负荷开关”由此可知，本工程2×660MW机组发电机出口是否装设断路器，应经过技术经济比较确定。

1 工程概况

锡林浩特胜利电厂项目，本期工程建设2×660MW超超临界、间接空冷燃煤发电机组，规划总容量为4×660MW超超临界空冷发电机组。

本期工程暂考虑以1000kV电压接入系统，根据本期规模以及兼顾终期规模，考虑本期2×660MW机组以1回1000kV线路接入胜利特高压站1000kV侧，线路长度约15km，考虑采用LGJ-500×8导线。

本工程起动/备用电源可由当地电网就近的博日特变电站110kV母线引接。

结合电厂电气主接线的特点，从技术、经济两方面论述本工程发电机出口装设发电机断路器的优缺点，最终提出是否装设断路器的推荐意见。

2 装设发电机出口断路器的优缺点分析

2.1 装设发电机断路器的优点[2]

（1）厂用电切换操作方便、提高其供电可靠性。发电机出口不装断路器，在机组的正常起/停机过程中，不可避免的要进行高压厂用工作变压器和起动/备用变压器电源之间的并联切换。如果厂用工作变压器与起动/备用变压器的电源取自不同的系统，两台变压器低压侧母线之间存在初始相位差，当初始相位差大于20°时，在机组起动时，机组厂用电的起动/备用电源与正常工作电源切换比较困难，可能出现切换失败事故。同时初始相位差过大，将对电气设备造成直接危害，使得在正常并联切換时，两台变压器之间将产生较大的环流，严重情况下环流可达数千安培，如此大的环流，即使在并联切换时间内对变压器不造成随时故障，也会对变压器的寿命产生累积影响；初始相位差过大，也将对高压电动机产生很大的暂态冲击电流，极有可能引起高压电动机的损坏。

（2）简化同期操作，可减小由于主变压器高压侧断路器非全相运行过大的负序电流对发电机转子的影响，装设发电机出口断路器可简化发电机同期操作，不受环境影响、避免非全相操作故障，提高供电可靠性。

（3）改善主变压器和高压厂用变压器保护，有利于快速切断发电机或变压器等设备发生的故障，减轻对发电机或主变压器的损害。

提供新的保护出口：发电机和主变压器之间有了一个开断点，可作为新的保护出口。发电机出口断路器能够快速准确地切除发电机内、外侧的故障电流，缩小故障范围，保护发电机、主变压器和高压厂用变压器。

2.2 装设发电机断路器的缺点

（1）装设发电机出口断路器后，可能降低发电机组运行的可靠性。从电气角度看，发电机主回路安装断路器也可以说是增加了一个潜在的故障点，由于发电机出口断路器地处主回路重要位置，要求其具有可靠的电气性能和机械性能是非常重要的，否则，断路器本身如发生故障、误动或拒动，有可能使发电机受到损害，扩大事故范围或发生本不该发生的事故。

（2）发电机出口断路器需采用进口设备，增加了投资。对于660MW发电机组额定电流为24000A，机端短路电流有效值已达到140kA左右，目前，国内还不具备生产满足以上要求的发电机出口断路器，能满足以上要求的发电机出口断路器只能进口，且只有ABB和ALSTOM两家供货商，价格昂贵，由此增加了电气设备的投资。

（3）发电机断路器布置空间紧张。主厂房内发电机引出线布置由于装设断路器占用空间，布置空间非常紧张，还有可能增加主厂房尺寸。

2.3 装设发电机断路器对备用电源的影响[4]

发电机出口不设置断路器时，起/备电源不仅作为机组起动和停机电源，而且还作为工作变压器事故和检修状态下的备用，对起/备变可靠性要求高。装设断路器后，正常起动和停机电源由高压配电装置经主变压器倒送厂用变获得，可靠性较高，备用电源仅负责故障停机和检修备用，可靠性要求降低。因此可简化备用电源的设置，多台机组共用一台备用变或取消专用的备用变压器，在经济上更节省。

3 发电机出口断路器方案分析

针对本工程的电气主接线及起备电源引接等具体情况，发电机出口断路器的设置考虑以下两个方案。

3.1 方案一：发电机出口装设断路器方案

每台660MW机组的发电机出口设置1台发电机断路器，机组的正常起动/停机所需的厂用电电源，以及机炉内部故障引起的发电机跳机故障所需的厂用电电源，均由电力系统通过主变及高厂变倒送电获得。本期2台机组设置1台90/55-55MVA高压紧急停机/备用变压器（以下简称高备变），高备变的电源由附近110kV变电站引接。当二期工程扩建2台660MW机组时，4台机组共用1台高备变。高厂变采用有载调压开关，满足机组起停时高压厂用母线电压水平。

3.2 方案二：发电机出口不装设断路器方案

每台660MW机组的发电机出口不设置发电机断路器，机组正常及事故下的起动/停机所需的厂用电电源由高压起动/备用变压器提供。本期2台机组设置1台90/55-55MVA起动/备用变压器，高压备用变压器的电源由老厂110kV配电装置引接。当二期工程扩建2台660MW机组时，再设置1台高压起动/备用变压器。高厂变采用无载调压开关。

3.3 发电机出口断路器方案的技术比较

根据上述，发电机出口装设断路器方案在技术上具有明顯优势，具有厂用电切换操作方便、简化同期操作、改善主变和高厂变保护、提高电厂供电可靠性等诸多优点。

本期工程的接入系统电压为1000kV，而起动/备用电源由附近的110kV变电站引接，1000kV系统与110kV系统为两个相对独立的系统，电厂内的1000kV与110kV系统的相位差取决于两个系统各种运行方式下潮流分布。电厂内的1000kV出线与110kV出线在某些运行工况下可能存在较大相位差，当相位差大于20°时，机组厂用电的起动/备用电源与正常工作电源切换比较困难，可能出现无法切换或切换失败。例如，二十世纪九十年代，山西阳城电厂6×350MW机组500kV线路直送江苏，而起动/备用电源由山西220kV电网引接，机组不设发电机断路器，当时，江苏电网和山西电网完全没有电气联系，甚至两系统频率也可能不一致，因此，机组起动时，发电机先与山西220kV电网同期，起动/备用电源与正常工作电源切换，然后，由机组带厂用电，再同期到500kV系统。内蒙托克托电厂I期2×600MW机组500kV线路直送北京，机组不设发电机断路器，而起动/备用电源由附近变电站220kV配电装置引接，当时，此变电站500kV配电装置通过丰镇电厂、沙岭子电厂与北京500kV电网连接。

3.4 装设发电机出口断路器的经济比较

发电机出口装设断路器与发电机出口不装设断路器两方案的不同之处除发电机出口是否装设断路器外，为保证机组起停时高压厂用母线电压水平，发电机出口装设断路器时，高压厂用变压器采用有载调压变压器（调压开关进口）；发电机出口不装设断路器：高压厂用变压器为无载调压变压器。

注：（1） 上述经济比较仅限于电气设备费。

（2）上述经济比较仅对两个方案不同之处进行比较。

（3）对于发电机出口装设发电机断路器方案，高压厂用备用变为两期4台机组共用，费用分摊到4台机组。

由表1可知发电机出口装设断路器，需增加设备投资1590万元。

4 结论

通过分析本期工程建设特点以及技术和经济比较，发电机出口装设发电机断路器方案具有明显的技术优势，但需增加设备投资。从电厂运行的安全和维持停电后的正常工作考虑，在事故情况下，厂用电系统安全切换，对减少事故损失、保护人身与设备安全至关重要性考虑，因此，建议大型火电机组装设发电机断路器。

同时，为了我国电力行业的安全运行目标，在大容量发电机组出口断路器的制造能力上应该加大研究力度，更好的匹配高速发展的电力事业。

参考文献：

[1]GB50660-2011.大中型火力发电厂设计规程[S].

[2] [2]GB/T14824-1993.发电机断路器通用系统技术条件[S].

[3]梅强.大容量发电机出口断路器的选择[J].华东电力，2005（12）：

12-34.

[4]阮伟，徐唐煌.大型单元式机组装设发电机出口断路器（GCB）优劣性之比较[J].电气应用，2006（10）：35-67.