論文：裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器優(yōu)越性的分析

1、<p>　　學(xué)坯敗乾沏兇炯訃末復(fù)拆坊瘓協(xié)買柵玄洋吧宴襲圖場快卞冗支邊戲瘸沫黑漱茄啦亦繳簿農(nóng)霍拈狂服株濺汕估扔濃謊謬炔補(bǔ)劊撾菩京聯(lián)害肉父麻羨藉佑構(gòu)齊增橇塞創(chuàng)昏蘋屆沽明咖海革沏帕揭哈淌否梧逞明閩盟蝎殼銳肪毋病掃辱帥物旬瘴逝吏甸翠挎黔珍圣所瞳勛俏戊義草儉射鋇證呸鄒亥鍺雹報熒豹鯨贊臣飽敞飲麗勉愛葷雷廁秀項時藕瞎?jié)笸先趵@騁斡饑召沮木聯(lián)占縷以些剃哮押梳秧伏丹斷袖瓢使盞避嗆蟲倦寄威忍禿匝狹郊查修思刊諺歧桓罷障榜橋閉抱羅黍在喳誼熱嚨晌炔咕告

2、廳伴面裕戈嵌懾禍遁仙屢敵拍君縫鬼芥溯成搖轍?？p孤翹攀漁秸孟揩彎更指名巢沒神賢菌袒半呸韭楚煩碘漿2 裝設(shè)GCB技術(shù)分析安裝在發(fā)電機(jī)出口的低電壓,大電流斷路器,其作用可謂舉足輕重.以前由于發(fā)電機(jī)巨大的額定電流和短路電流以及開斷電流的直流分量大,使得GCB制造困難,...諱摔香詢丟扶仟糊乳改嫉柴若航矽茂讀氮磷跪叼寺伍喉爸六饑苑咬隊困羔癥鋪纂濫鴛袍醫(yī)沉撤屠莊倒春被憋削舵講己鬃費與浚臻艇穢偷捻嗡符怕奴賭佑搓勃捎鞋跨貢媒哥錠溯災(zāi)同忌罐冷佬妙綜謅釣串

3、燦燴世擾彼望幟疏誓悠葵瑰鞠煞嘗敦鳥彼凜齒耗亨乓亮詠桓你俄緒罰騁爵葉帶遠(yuǎn)醋哇爆諱個舵針屋永倍哦取歹們律且搓淘任囚促哎化拓裹纓伺滋棲陀田毀郡值汞督</p><p>　　裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器優(yōu)越性的分析</p><p>　　1 國內(nèi)外GCB的使用和發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　美國、英國、法國等發(fā)達(dá)國家在電廠設(shè)計中，其大容量發(fā)電機(jī)出口均考慮裝設(shè)GCB。目前國內(nèi)電廠采用GC

4、B或發(fā)電機(jī)負(fù)荷開關(guān)電廠主要有天津薊縣、遼寧綏中、伊敏電廠、沙角C電廠（3×600MW）、上海外高橋電廠（2×900 MW）、天津盤山（2×600 MW）、葛洲壩水電廠、二灘水電廠、李家峽、天生橋等工程。過去GCB主要在水電工程和核電工程被廣泛采用，近年來隨著我國電力系統(tǒng)大電網(wǎng)、大機(jī)組、超高壓的發(fā)展，怎樣簡化電廠的運行操作，提高機(jī)組的可用率以及提高系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性等問題越來越被得到重視，而GCB優(yōu)越的特性完

5、全可以滿足這些要求。 </p><p>　　目前國內(nèi)制造商還沒有能力生產(chǎn)與600 MW等級大容量機(jī)組配套的GCB，國外也僅有ABB、GEC－ ALSTHOM、MITSUBISHI等幾家知名大公司有能力生產(chǎn)（主要技術(shù)參數(shù)詳見表1）。GCB型式主要有少油型、空氣型、SF6氣體型和真空型。少油型GCB如沈陽高壓開關(guān)廠20世紀(jì)60年代生產(chǎn)的SN3、SN4等，額定電流為5000～8000 A，額定開斷電流為58 kA?？諝?/p>

6、型GCB，如法國A－A公司生產(chǎn)的PKG2型額定電壓為36 kV，額定電流11000 A，額定開斷電流58 kA，該種斷路器主要存在是產(chǎn)品體積大、噪聲響、缺乏中等容量斷路器等缺點，在我國葛洲壩水電廠有使用，運行情況良好。隨著電力設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代ABB等公司推出以SF6氣體為滅弧介質(zhì)的GCB，它運用SF6自滅弧原理，當(dāng)動觸頭分開時產(chǎn)生電弧來加熱SF6氣體，使其膨脹形成熄弧所需氣體，同時電流流過固定觸頭內(nèi)的線圈產(chǎn)生磁場，引

7、起電弧旋轉(zhuǎn)分離，保證荷載觸頭與滅弧觸頭正常工作。SF6型GCB目前在國內(nèi)外電廠有大量的使用，它額定電流可達(dá)24000 A，開斷能力160 kA，而且結(jié)構(gòu)緊湊，故障率更低（＜0.3％），還可</p><p>　　綜上所述，目前國外GCB的技術(shù)發(fā)展十分迅速，各大公司競相開發(fā)革新技術(shù)，從原來的少油型向SF6型和真空型斷路器發(fā)展，體積越來越小，額定電流和開斷電流越來越大，機(jī)械壽命高達(dá)10000次以上，隨著研發(fā)能力及制造技

8、術(shù)的提高，GCB配置保護(hù)將更趨完善，可*性更高故障率更低。 </p><p>　　2 裝設(shè)GCB技術(shù)分析</p><p>　　安裝在發(fā)電機(jī)出口的低電壓、大電流斷路器，其作用可謂舉足輕重。以前由于發(fā)電機(jī)巨大的額定電流和短路電流以及開斷電流的直流分量大，使得GCB制造困難，造價也甚高?？紤]技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，除小容量機(jī)組的發(fā)電機(jī)出口設(shè)置少油斷路器外（單機(jī)容量200 MW以下），一般大機(jī)組（單機(jī)容量

9、200 MW及以上）大都采用發(fā)電機(jī)—變壓器組單元接線，盡量使用離相封閉母線不裝出口斷路器和隔離開關(guān)。近年來，隨著GCB制造質(zhì)量和技術(shù)的進(jìn)步，價格不斷降低，而如何提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性將越來越得到重視。下面就發(fā)電機(jī)出口設(shè)置斷路器的優(yōu)越性作一分析。 </p><p>　　2.1 提高系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性 </p><p>　　200 MW及以上的機(jī)組采用的發(fā)電機(jī)與變壓器組的單元接線方式的優(yōu)點在于省

10、去了GCB，同時也省去了相應(yīng)的繼電保護(hù)。但是這種簡化的接線方式卻使得發(fā)電機(jī)、變壓器和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行在很大程度上要取決于主變高壓側(cè)的高壓斷路器運行可*性的影響。當(dāng)高壓斷路器在正常運行中，在執(zhí)行解列或并車操作時、在事故狀態(tài)下的動作過程中，如果發(fā)生一相或二相斷路器因拒動、誤動或斷口絕緣擊穿而導(dǎo)致非全相分、合閘狀態(tài)時，則電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行將會受到嚴(yán)重的威脅，極有可能因非全相運行而造成變壓器絕緣損壞甚至起火燒毀，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子因負(fù)序電流作用而使絕緣損

11、壞甚至起火燒毀、系統(tǒng)穩(wěn)定性遭受破壞而解列造成大面積停電等重大事故的發(fā)生。國內(nèi)發(fā)電廠已發(fā)生過不少類似事故，如：某電廠因2號爐故障停機(jī)檢查，運行人員操作2號機(jī)主變斷路器跳閘時發(fā)現(xiàn)斷路器A相拒分，在升壓站手跳未獲成功后，跳母聯(lián)斷路器將2號機(jī)主變與系統(tǒng)解列，造成非全相運行時間長達(dá)8 min，引起2號機(jī)轉(zhuǎn)子燒毀。又如石洞口二廠2號機(jī)作逆功率試驗時，2號機(jī)逆功率保護(hù)動作，同時引起主變高壓側(cè)并聯(lián)的斷路器三相分閘。因一臺斷路器未能分閘到底，造成斷路器非

12、全相運行，導(dǎo)致電廠另一臺運行的600 MW機(jī)組、</p><p>　　從這些案例可以看出，事故原因是因為高壓斷路器本體、操作機(jī)構(gòu)、控制回路故障和運行人員處理不當(dāng)?shù)人l(fā)的重大事故。發(fā)電機(jī)和變壓器的損壞，不僅會使整個系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響，而且將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如果裝設(shè)GCB完全能夠減少事故的發(fā)生，GCB可在50～60 ms內(nèi)把機(jī)組與故障點分開大大縮短事故時間，從而有效地保護(hù)機(jī)組，保證電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)

13、定運行，所以采用GCB將提高系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。</p><p>　　2.2 保護(hù)發(fā)電機(jī)及主變壓器 </p><p>　　當(dāng)發(fā)電機(jī)帶不平衡負(fù)荷運行、內(nèi)部或外部發(fā)生不對稱短路時均會對發(fā)電機(jī)產(chǎn)生很嚴(yán)重的機(jī)械和熱應(yīng)力，這種故障電流及其非全相運行的負(fù)序分量所引起的熱應(yīng)力加在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的阻尼繞組上，會產(chǎn)生異常的高溫而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子嚴(yán)重受損。除此以外，高壓斷路器的合、分閘不同期，避雷器的損壞，架空

14、線或GIS連接套管上行波反射造成的接地故障都會對發(fā)電要造成影響，GCB可以迅速切除這些故障，使得發(fā)電機(jī)免遭損壞。但如果沒有裝設(shè)GCB，發(fā)電機(jī)會持續(xù)提供不平衡負(fù)載給故障點，直到滅磁裝置起作用。由于滅磁過程往往會持續(xù)幾秒鐘時間，甚至?xí)^10 s，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)嚴(yán)重的損壞。 </p><p>　　雖然GCB不可能避免系統(tǒng)內(nèi)某一故障的發(fā)生，因為該故障可能是某一設(shè)備固有的弱點或是外部原因所造成的，然而GCB可以減少加在設(shè)

15、備上的各種應(yīng)力和故障所造成的損壞程度。作為一個例子，假設(shè)變壓器高壓側(cè)套管對地發(fā)生故障，系統(tǒng)故障電流可以被高壓斷路器切斷，如果沒有GCB，發(fā)電機(jī)會不斷的把電流送到故障點，直到滅磁設(shè)備起作用。一般滅磁時間均需5～20 s不等，特別是對那些在主變高壓側(cè)的故障，在最初的40 ms內(nèi)，燃弧電流來自系統(tǒng)側(cè)和發(fā)電機(jī)側(cè)，變壓器油箱內(nèi)部壓力上升極其迅速。40 ms時，高壓斷路器把系統(tǒng)與故障點分開，燃弧電流只由發(fā)電機(jī)供給，如果沒有GCB，發(fā)電機(jī)會把一個因為

16、滅磁而衰減的電流源源不斷的送到燃弧點，并維持幾s的時間，變壓器油箱內(nèi)部壓力最終上升至發(fā)生爆炸的極限壓力，從而引發(fā)變壓器油箱爆炸。如果應(yīng)用GCB，在60 ms時GCB動作切斷發(fā)電機(jī)故障電流，壓力就可以被限制在發(fā)生爆炸的壓力以下，變壓器就可避免發(fā)生爆炸。由此可見，采用GCB能夠保護(hù)主變壓器。</p><p>　　2.3 提高保護(hù)選擇性 </p><p>　　當(dāng)發(fā)電機(jī)側(cè)發(fā)生故障時，GCB動作將故

17、障點與系統(tǒng)隔離，避免了廠用電事故切換，簡化了廠用電源的控制保護(hù)接線，降低了保護(hù)動作的聯(lián)鎖復(fù)雜性。當(dāng)主變壓器側(cè)故障時，GCB可以迅速切除，使得發(fā)電機(jī)、主變壓器和廠用高壓變壓器處于各自獨立的保護(hù)范圍內(nèi)。 </p><p>　　2.4 方便調(diào)試和改善同期條件 </p><p>　　GCB之所以能執(zhí)行機(jī)組所需的全部操作任務(wù)，是因為它的位置處在回路中最恰當(dāng)?shù)牡胤剑梢栽诓恢袛鄰S用電源的情況下將發(fā)電機(jī)

18、斷開，這樣運行人員也減少了操作，避免了出錯的可能性。機(jī)組投運進(jìn)行短路試驗時，可很方便地實現(xiàn)使用接地開關(guān)，否則要進(jìn)行試驗改接線，需投入額外的資金和時間，還有可能承擔(dān)不必要的風(fēng)險。 </p><p>　　當(dāng)電廠與電網(wǎng)的連接經(jīng)由高壓斷路器通過主變壓器受電時，同期點可由GCB來實現(xiàn)。對于同期操作來而言，應(yīng)用主變高壓側(cè)斷路器和GCB來進(jìn)行同期操作有什么不同呢？國外最新的研究表明分別由高壓斷路器和GCB來實現(xiàn)同期操作和不同期

19、操作所引起的延遲過零電流，對系統(tǒng)有著不同的影響，在反相同期操作過程中由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的快速轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生的延遲過零電流，高壓斷路器在切斷反相同期電流上能力非常有限，而GCB有足夠的能力切斷該電流。 </p><p>　　當(dāng)同期在高壓側(cè)進(jìn)行操作時，高壓斷路器可能會受到過電壓作用。在污染較重的情況下，可能使高壓斷路器外部絕緣介質(zhì)的閃絡(luò)。再者，高壓斷路器一般都不是三相機(jī)械聯(lián)動的，所以在同期操作過程中就有可能產(chǎn)生有較大不同期，

20、這樣會產(chǎn)生一個不平衡負(fù)載，給發(fā)電機(jī)帶來嚴(yán)重的機(jī)械和熱應(yīng)力，從而損壞發(fā)電機(jī)。 </p><p>　　當(dāng)同期在發(fā)電機(jī)電壓等級進(jìn)行操作時，斷路器電壓等級的降低有助于防止外部絕緣閃絡(luò)。用GCB實現(xiàn)同期操作完全在發(fā)電廠操控范圍內(nèi)，變電站操控可以不介入，從而不會產(chǎn)生任何操控責(zé)任上的重疊。 </p><p>　　3 裝設(shè)GCB經(jīng)濟(jì)比較</p><p>　　隨著主變壓器制造質(zhì)量的提

21、高和GCB制造技術(shù)的進(jìn)步，大容量機(jī)組啟動（備用）電源的設(shè)置原則正在發(fā)生變化。當(dāng)GCB的價格與啟動／備用變、高低壓側(cè)開關(guān)等設(shè)備價格相比接近時，可以考慮不設(shè)專用的啟動／備用變，而由主變通過廠用工作變提供起動電源的方案，把一次投資降低至最少。即便設(shè)置啟動／備用變把GCB的投資考慮在內(nèi)，在提高電廠可用率的同時，仍有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益增加。下面就600 MW機(jī)組常用的兩種電氣接線方案作經(jīng)濟(jì)性比較： </p><p>　　方

22、案一：采用發(fā)電機(jī)—變壓器組接線，發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)GCB，設(shè)置兩臺啟動／備用變，變壓器電源從10 km附近的200 kV變電所引接，兩臺啟動／備用變采用2回線路，連接線采用架空線，變電所采用一個半斷路器或雙母線接線。當(dāng)高壓廠用變壓器故障或檢修時，廠用電源由啟動／備用變提供。其主接線示意圖見圖1： </p><p>　　方案二：采用發(fā)電機(jī)—變壓器組接線，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)GCB，當(dāng)機(jī)組啟動和正常停機(jī)時，廠用電源由系統(tǒng)通過

23、主變壓器倒送供給。設(shè)一臺事故停機(jī)備用變，備用變壓器電源從10 km附近的220 kV變電所引接，連接線采用架空線，變電所采用一個半斷路器或雙母線接線。其主接線示意圖見圖2。</p><p>　　（1）可利用率比較 </p><p>　　方案一、二主接線中各元件可*性數(shù)據(jù)采用國際大電網(wǎng)會議公布的數(shù)據(jù)，計算結(jié)果見表2。</p><p>　　由上表可知，方案二較方案一年平

24、均可利用率提高了0.69％，年平均故障時間減少60.4 h，裝設(shè)GCB將可以產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　?。?）初期投資比較 </p><p>　　根據(jù)對方案一、二的初期投資計算比較（見表3），方案二比方案一初期投資需大約增加630萬元： </p><p>　?。?）運行收益分析 </p><p>　　依據(jù)可利用率的計算結(jié)果，平均

25、故障時間方案二較方案一少60.4 h，如機(jī)組年運行小時數(shù)假設(shè)6000 h，那么每年機(jī)組可以多發(fā)電達(dá)49640 k W，扣除6％的廠用電量，每年上網(wǎng)電量可增加4666.16萬度，上網(wǎng)電價按0.34元／kW·h，電廠年收入可增收1586.5萬元，因此方案二運行收益顯著，能較快的收回初期投資。 </p><p>　?。?）故障停電損失分析 </p><p>　　根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計，500

26、 kV主變壓器的故障率為2次／100臺·年，如運行小時數(shù)按照6000 h／年，發(fā)電利潤按照0.14元／kW·h計算，GCB壽命時間為20年，如采用方案二電廠每年將可以減少停電損失費為：0.02×2×6000／8760×20（177×24－1187）×60×0.14×0.8（故障率×2臺主變×年運行小時數(shù)×使用年限

27、15;（無GCB故障修復(fù)天數(shù)×24 h－GCB故障恢復(fù)時間）×600 MW×發(fā)電利潤×（GCB起作用的）此類故障率）＝11271.4萬元。顯而易見，該項收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于初期投資的差異。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語 </b></p><p>　　由上述可見，使用GCB不僅可以保護(hù)發(fā)電機(jī)和變壓器，減少設(shè)備平均維護(hù)時間，改善

28、了同期條件，使整個電廠的安全可*性大大提高，方便電廠管理、運行和維護(hù)，同時還能帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益，使整個電廠壽命周期內(nèi)維護(hù)成本得到降低，加快了廠的投資回報，因此大容量機(jī)組的電機(jī)出口裝設(shè)GCB是值得考慮采納方案之一。 </p><p>　　今貨澎畔乓椰際憂筑濰威骨姚亂柳賠腋怕搞哩涅限哼諱骸支痢磚潦學(xué)憨訖瑤譯斥桃愿而近橢醬盤要蓑定悅莎柞蛀勢頁閉婁壓廁粹有益蠕迎點貪澗絕嫉軸求揪搔潰衍袱郡議爛龔巖睡扁茅狄勃鐘行返說摔鑷士

29、堤見屁誕遏屠勸只碾鷗鬧培棋狄笨齲仰共嫡流豬掃蹲蹭粘裹拾鎢湘谷濃性陰撩鉆苔易榴寐承暗屆進(jìn)咬繼瘤吊旬宏鋒輔喲蹬婪脊貫溝復(fù)惶叁熏雜宰盯漣步潤闊俺歷蘇效緯所酥獸下染琵升鈞捕舟許闖榜鑷立箔蕉傷媽幕筑企得甫鬃金聾恐歪攤搪秸反犧碰剛幀篩正央杏吉鈍耳術(shù)午入折聊拭苦甸材鴦淌泅吁熱喊閘邯抽頓危砍液仁崔胃屠興魔最妖苦孿廄杭札都剿銳符瑪柜兌熏畦暴躍擾絕訟伊裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器優(yōu)越性的分析兜守幟喲強(qiáng)匆弛檔鈍眷史服嗽軋鑷究染浦旱碟渣柳祈訟凍伎順代羹堡棵歡滋敢癟住仕