1000MW机组装设发电机出口断路器（GCB）技术分析

姚世赟

摘要：随着发电厂装机容量的不断增大，对断路器开断故障电流能力的要求不断提高。为满足系统安全性及可靠性，许多1000MW火电发电厂选择装设发电机出口断路器（GCB）。本文对1000MW是否装设GCB，在多个层面进行对比，分析出机组装设GCB的优势以及存在的风险。

关键词：1000MW机组;GCB

1.发电厂装设GCB的优越性

1.1 有效提高发变组保护可靠性及选择性

1000MW机组500kV系统出线大多数为312主接线，由于线路要求断路器具备单相重合闸的功能，其操作执行机构不能用三相联动机构，只能采用分相操作机构，此操作机构在合闸或重合闸时都可能存在非同期合闸甚至非全相运行的情况，此时产生的负序电流在发电机转子感应出工频电流，由于发电机转子承受负序磁场的能力非常有限，容易损坏。发电机出口断路器GCB在这方面具有很大的优势，执行机构为三相联动操作机构，三相同期性高，有效避免非同期合闸的发生，而且GCB比500kV开关具有更好的快速动作特性，能够更好的保障发电机组安全。

当主变压器或高厂变出现匝间短路或者相间短路时，其故障严重程度随着故障持续时间增加，变压器内部充满变压器油用于冷却和隔绝绕组，随着故障持续时间越长，油被电弧电解产生的气体越多，对变压器造成的损害越严重。主变压器与发电机未配置GCB，当主变压器或高厂变出现故障时，发变组保护只能跳开主变高压侧两侧开关，并无法迅速隔离主变低压侧的电源，发电机在停机灭磁过程到完全停止运行需要几秒的时间，在此期间发电机仍对变压器供电，变压器内部压力继续上升，将导致故障更加严重，甚至造成变压器爆炸起火，威胁设备及人身安全。当机组配置GCB后，变压器故障切除隔离时间迅速减少，GCB将在60ms内跳开，同时主变高压侧两侧开关跳开，能够迅速隔离故障变压器高低压两侧的电源，显著缩短了故障持续的时间，防止事故进一步恶化。

当发电机发生内部故障或由于汽轮机打闸及锅炉MFT导致发电机解列时，配置GCB的机组在事故处理上更为简化和高效，保护跳开GCB，主变压器可以保持运行，有效减少故障范围。若500kV主接线处于合环状态，该故障不会导致系统解环，有效保障电网系统运行可靠性。另外，装设GCB可以简化事故处理的操作流程，减少了厂用电切换的操作环节，有效避免廠用电切换失败等扩大事故范围的情况出现，机组安全可靠性更高。

与此同时，1000MW机组配置发电机出口GCB，可以将发电机保护与变压器保护区分开来，在机组发生故障时保护动作更有针对性，避免故障范围的扩大，更有利于设备隔离检修和机组重新启动。

1.2 减少厂用电切换，提升厂用电可靠性

发电机出口未装设GCB，在机组启动和停运期间，必须通过启备变来进行厂用电负荷切换，操作设备多，人工误操作几率增高，厂用变压器和启备变的短时并列运行对系统也有一定的冲击。在厂用电切换操作过程中，由于高厂变的高压侧与启备变高压侧通常来自不同电压等级的电力系统，变压器变比不同，当厂用电进行并联切换时，必然会产生电压差和相位差，从而在两个变压器间产生环流，长期累积将会缩短变压器使用寿命。

配置GCB的机组，在减少厂用电切换操作提升厂用电可靠性具有很大的优势。厂用电切换多发生在机组启停期间，机组未并网期间由于GCB在分闸位置，可以通过主变压器为厂用电供电，机组并网后通过GCB合闸，厂用电便直接由发电机供应，两个阶段均可避免厂用电切换。没有厂用电切换，厂用电负荷尤其重要辅机不需要更换电源，避免因为工作状态的改变影响辅机的工作电源，保障各负荷稳定运行，有效提高厂用电源的安全可靠性。通过简化厂用电切换，能够有效防止由于设备故障或人为原因导致重要辅机跳闸甚至厂用电失电等危及机组安全运行的事故发生。

1.3 改善机组并网同期环境

正常情况下，没有装设发电机出口开关的机组在机组启动时的同期并网操作只能通过主变压器高压侧开关来进行。采用高压断路器进行同期操作具有风险性，由于电压等级高，同期时产生的过电压较大，可能对开关及线路造成损坏，影响设备使用寿命。而且500kV断路器执行机构都是分相操作机构，机械操作上存在不同期性，同期过程中可能发生合闸不同期甚至三相不一致，对设备造成严重的威胁。

而配备发电机出口断路器的机组，相较于SOOkV高压断路器而言，GCB的同期并网环境更好，电压等级更低，受电压冲击小，有效延长设备寿命，1UGCB都是采用三相联动机构，也具有更高的快速动作性，能够更好的完成同期并网操作。

1.4 节约备用电源容量

配备发电机出口开关的机组，机组起动及停运时厂用电负荷均可由主变高压侧电网系统通过主变压器供电，启备变无需承担机组起停时的厂用负荷，仅在主变压器和高厂变检修或故障时作为备用。因此可以减少启备变的台数和容量，正常情况下启备变都处于空载运行状态，所造成的空载损耗是非常大的，容量的减少可以显著减少机组在这方面的运行成本和费用。

2.配置发电机出口断路器GCB的风险

2.1 增加设备初始投资

1000MW机组正常运行时发电机出口电流高达27000A以上，分断故障电流值要求更高，这对GCB的制造技术要求更严格，费用也更加昂贵，这将增加了发电厂的初期建设投入;同时，装设GCB后，发电机出口线路也将变得更为繁杂，配置相应的保护也需要成本的投入;另外，厂用电由高压厂用变压器供应，为保证6kV系统电压稳定，高厂变高压侧必须装设有载调压分接开关，这也变相增加发电厂的初始投资。

2.2 增加故障点，降低高厂变可靠性

装设GCB的机组，虽然在发电机出口多了保护隔离点，但也因此多了一个隐患点，相对于故障率低的全封闭母线，当GCB出现故障时更容易引起机组故障停运。同样，高厂变配置有载调压装置后，在高压侧相当于多了隐患点，当有载调压装置故障时也会导致机组的停运。同时由于GCB和有载调压的技术比较高端，在设备发生故障后的维修或者返厂维护都会更加困难，也会影响机组的正常运行。

3.总结

通过对比，1000MW机组配置发电机出口GCB后，虽然会增加部分初始投资以及部分设备的安全风险，但配置GCB的机组在安全和技术层面上具有更大的优势。1000M W机组装设GCB，能够保护机组重要设备的安全运行，在机组发生故障时保护更加快速高效，同时显著避免厂用电切换带来的不利影响，更在后期运行上节省启备变容量及空载损耗的费用，更具有经济性。

参考文献

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