發電機出口斷路器（GCB）方案論證

汪 鵬

（廣州四方邦德實業有限公司，廣東 廣州 510000）

1 工程概況

某工程建設2×400MW級(F級改進型)燃氣熱電冷聯產機組，機島采用按東方電氣股份有限公司的M701F4型燃氣輪機，余熱鍋爐采用東方日立鍋爐有限公司的三壓、再熱、自然循環、無補燃、臥式余熱鍋爐。工程按“一拖一”多軸布置機組，每套“一拖一”機組包括1臺燃氣輪機發電機組和1臺蒸汽輪發電機組。燃氣輪機發電機為全氫冷冷卻發電機，額定輸出336.6MW，出口電壓16kV，額定功率因素0.85；蒸汽輪機發電機為空冷發電機，額定輸出150MW，出口電壓15.75kV，額定功率因素0.85。

電廠以220kV一級電壓接入系統，出線2回，接入220kV變電站，新建線路截面按2×630mm2考慮，電廠至變電站新建線路約為2×13km。

2 方案論證

2.1 燃機發電機出口

燃機發電機引出線到主變低壓側、廠高變高壓側均采用全鏈式離相封閉母線。發電機與主變壓器之間裝設斷路器和隔離開關，廠用分支不裝設斷路器和隔離開關，在汽機主封母上T接勵磁分支封母至勵磁變壓器和發電機出口電壓互感器及避雷器柜。

電廠的運行主要分三個階段：

1）調試和維護；

2）同期和正常運行；

3）非正常運行。

下表就燃機發電機出口GCB在電廠的運行、維護的作用以表的形式做一下分析。

表1

通過以上的分析，表明裝設了GCB，在機組正常起停時，及在發電機、汽機、燃機發生故障引起跳機時，不需要進行廠用電源的切換操作，提高了廠用電的可靠性。

裝設GCB除了減少廠用電切換操作外，還有以下優越性：

1）主變或高廠變內部故障時，迅速跳開發電機側斷路器和高壓側斷路器，切斷供電電源，對保護主變和高壓廠變有利。如果不裝設GCB，由于發電機勵磁電流的衰減要經過一定的時間，只切開高壓系統供電電源，發電機仍繼續向故障點供電，從而擴大了主變或廠高變的損壞程度，國內外已有報道該種故障引致嚴重損壞主變壓器的事例；

2）采用了GCB，不僅實現了發電機，變壓器有選擇的保護跳閘，簡化了保護接線，而且多數保護無需動作高壓斷路器，從而避免了廠用電源的失去，這對于一些瞬時性故障特別是來自于鍋爐、汽機的熱工誤發信號的排除，盡快恢復機組的運行和避免因誤操作而導致損失非常有益。根據某燃氣電廠的運行經驗，三臺GCB在機組調試期同共計動作800余次，多數情況下可在數十分鐘內恢復機組的運行；

3）發電機系統各種故障發生時，不解列廠用電而斷開GCB，當故障消失時，允許發電機快速的再次接入。GCB可以避免由不平衡負荷運行引起的過大的負序電流對發電機轉子表面的損害，若使用GCB，會在50～80ms以內把機組與故障分隔開，從而有效地保護機組；

4）減少廠用備變的臺數和容量，只作機組安全停機用。

綜上所述，大型發電機組采用GCB有明顯的技術優勢。GCB具有使機組調試和維護階段更加方便；大大改善同期條件；避免或減少廠用電切換帶來的風險，提高廠用電可靠性；簡化繼電保護接線，縮短故障恢復時間，提高機組可用率等技術優點。GCB不僅能在事故發生時避免或減少對設備的損害程度，而且還能有效地防止或減少事故的發生。

但是裝設GCB也存在一些不足：

1）投資較大幅度提高；

2）GCB故障或檢修時將影響整個機組的運行；

3）由于在燃機電廠中使用，在機組停機過程(約12小時/日)，主變空載損耗增加了運行費用。

根據參考文獻[2]第16.3.13條，“容量為200MW-300MW的機組，每2臺機組可設1臺高壓廠用起動/備用變壓器”，“容量為600MW的機組，當發電機出口不裝設斷路器或負荷開關時，每2臺機組可設1臺或2臺高壓廠用起動/備用變壓器；當發電機出口裝有斷路器或負荷開關時，四臺及以下機組可設,1臺高壓廠用備用變壓器，5臺及以上同容量機組可設置1臺不接線的高壓廠用工作變壓器”。裝設GCB后，機組正常啟動或停機的高壓廠用電源可以通過主變從系統倒送，不需啟動/備用變壓器來提供廠用電源，該變壓器應稱為高壓備用變壓器，僅在高壓廠用變壓器故障或檢修時，才由它替代工作，或者當主變或高變故障時提供緊急停機廠用電源。

圖1

本期電廠各機組均需具備作為調峰機組的功能，起停頻繁，發電機出口裝設斷路器主要好處是避免起動電源與工作電源間較頻繁的切換操作，提高廠用電的可靠性，簡化繼電保護接線，縮短故障恢復時間，提高機組可用率，因此推薦采用GCB，目前國內建設的350MW級燃機電廠均配置了GCB。

2.2 汽機發電機出口

由于裝設燃機發電機出口GCB后，機組正常啟動或停機的高壓廠用電源可以通過主變從系統倒送，而高壓廠用電源接自燃機發電機出口，因此，汽機發電機出口不需要裝設GCB。

2.3 主接線方案（見圖1）

［1］西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊[M].中國電力出版社，1989，12.

［2］GB50660-2011 大中型火力發電廠設計規范[S].2011.

［3］DL/T5222-2005 導體和電氣選擇設計技術規定[S].2005.