發(fā)電機(jī)出口斷路器裝設(shè)的必要性研究

劉曉飛

摘 要：分析勝利發(fā)電廠新建項(xiàng)目工程情況，通過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器方案具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，但需增加設(shè)備投資。綜合保護(hù)人身與設(shè)備安全至關(guān)重要性考慮，因此，建議大型火電機(jī)組裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；斷路器；裝設(shè)

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

0 引言

關(guān)于發(fā)電機(jī)出口是否裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器，這涉及到電氣主接線、起/備電源引接及廠用電源切換等，特別是隨著機(jī)組容量的增大、廠內(nèi)配電裝置電壓等級(jí)的提高和“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”的逐步推行，經(jīng)常引起對(duì)這一問題的論證。按[1]《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)程》GB50660-2011 第12.2.6條中規(guī)定“600MW級(jí)以上機(jī)組，根據(jù)工程具體情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證合理時(shí)，在發(fā)電機(jī)與變壓器之間可裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器或負(fù)荷開關(guān)”由此可知，本工程2×660MW機(jī)組發(fā)電機(jī)出口是否裝設(shè)斷路器，應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。

1 工程概況

錫林浩特勝利電廠項(xiàng)目，本期工程建設(shè)2×660MW超超臨界、間接空冷燃煤發(fā)電機(jī)組，規(guī)劃總?cè)萘繛?×660MW超超臨界空冷發(fā)電機(jī)組。

本期工程暫考慮以1000kV電壓接入系統(tǒng)，根據(jù)本期規(guī)模以及兼顧終期規(guī)模，考慮本期2×660MW機(jī)組以1回1000kV線路接入勝利特高壓站1000kV側(cè)，線路長度約15km，考慮采用LGJ-500×8導(dǎo)線。

本工程起動(dòng)/備用電源可由當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)就近的博日特變電站110kV母線引接。

結(jié)合電廠電氣主接線的特點(diǎn)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面論述本工程發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器的優(yōu)缺點(diǎn)，最終提出是否裝設(shè)斷路器的推薦意見。

2 裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器的優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器的優(yōu)點(diǎn)[2]

（1）廠用電切換操作方便、提高其供電可靠性。發(fā)電機(jī)出口不裝斷路器，在機(jī)組的正常起/停機(jī)過程中，不可避免的要進(jìn)行高壓廠用工作變壓器和起動(dòng)/備用變壓器電源之間的并聯(lián)切換。如果廠用工作變壓器與起動(dòng)/備用變壓器的電源取自不同的系統(tǒng)，兩臺(tái)變壓器低壓側(cè)母線之間存在初始相位差，當(dāng)初始相位差大于20°時(shí)，在機(jī)組起動(dòng)時(shí)，機(jī)組廠用電的起動(dòng)/備用電源與正常工作電源切換比較困難，可能出現(xiàn)切換失敗事故。同時(shí)初始相位差過大，將對(duì)電氣設(shè)備造成直接危害，使得在正常并聯(lián)切換時(shí)，兩臺(tái)變壓器之間將產(chǎn)生較大的環(huán)流，嚴(yán)重情況下環(huán)流可達(dá)數(shù)千安培，如此大的環(huán)流，即使在并聯(lián)切換時(shí)間內(nèi)對(duì)變壓器不造成隨時(shí)故障，也會(huì)對(duì)變壓器的壽命產(chǎn)生累積影響；初始相位差過大，也將對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生很大的暫態(tài)沖擊電流，極有可能引起高壓電動(dòng)機(jī)的損壞。

（2）簡化同期操作，可減小由于主變壓器高壓側(cè)斷路器非全相運(yùn)行過大的負(fù)序電流對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的影響，裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器可簡化發(fā)電機(jī)同期操作，不受環(huán)境影響、避免非全相操作故障，提高供電可靠性。

（3）改善主變壓器和高壓廠用變壓器保護(hù)，有利于快速切斷發(fā)電機(jī)或變壓器等設(shè)備發(fā)生的故障，減輕對(duì)發(fā)電機(jī)或主變壓器的損害。

提供新的保護(hù)出口：發(fā)電機(jī)和主變壓器之間有了一個(gè)開斷點(diǎn)，可作為新的保護(hù)出口。發(fā)電機(jī)出口斷路器能夠快速準(zhǔn)確地切除發(fā)電機(jī)內(nèi)、外側(cè)的故障電流，縮小故障范圍，保護(hù)發(fā)電機(jī)、主變壓器和高壓廠用變壓器。

2.2 裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器的缺點(diǎn)

（1）裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器后，可能降低發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性。從電氣角度看，發(fā)電機(jī)主回路安裝斷路器也可以說是增加了一個(gè)潛在的故障點(diǎn)，由于發(fā)電機(jī)出口斷路器地處主回路重要位置，要求其具有可靠的電氣性能和機(jī)械性能是非常重要的，否則，斷路器本身如發(fā)生故障、誤動(dòng)或拒動(dòng)，有可能使發(fā)電機(jī)受到損害，擴(kuò)大事故范圍或發(fā)生本不該發(fā)生的事故。

（2）發(fā)電機(jī)出口斷路器需采用進(jìn)口設(shè)備，增加了投資。對(duì)于660MW發(fā)電機(jī)組額定電流為24000A，機(jī)端短路電流有效值已達(dá)到140kA左右，目前，國內(nèi)還不具備生產(chǎn)滿足以上要求的發(fā)電機(jī)出口斷路器，能滿足以上要求的發(fā)電機(jī)出口斷路器只能進(jìn)口，且只有ABB和ALSTOM兩家供貨商，價(jià)格昂貴，由此增加了電氣設(shè)備的投資。

（3）發(fā)電機(jī)斷路器布置空間緊張。主廠房內(nèi)發(fā)電機(jī)引出線布置由于裝設(shè)斷路器占用空間，布置空間非常緊張，還有可能增加主廠房尺寸。

2.3 裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器對(duì)備用電源的影響[4]

發(fā)電機(jī)出口不設(shè)置斷路器時(shí)，起/備電源不僅作為機(jī)組起動(dòng)和停機(jī)電源，而且還作為工作變壓器事故和檢修狀態(tài)下的備用，對(duì)起/備變可靠性要求高。裝設(shè)斷路器后，正常起動(dòng)和停機(jī)電源由高壓配電裝置經(jīng)主變壓器倒送廠用變獲得，可靠性較高，備用電源僅負(fù)責(zé)故障停機(jī)和檢修備用，可靠性要求降低。因此可簡化備用電源的設(shè)置，多臺(tái)機(jī)組共用一臺(tái)備用變或取消專用的備用變壓器，在經(jīng)濟(jì)上更節(jié)省。

3 發(fā)電機(jī)出口斷路器方案分析

針對(duì)本工程的電氣主接線及起備電源引接等具體情況，發(fā)電機(jī)出口斷路器的設(shè)置考慮以下兩個(gè)方案。

3.1 方案一：發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器方案

每臺(tái)660MW機(jī)組的發(fā)電機(jī)出口設(shè)置1臺(tái)發(fā)電機(jī)斷路器，機(jī)組的正常起動(dòng)/停機(jī)所需的廠用電電源，以及機(jī)爐內(nèi)部故障引起的發(fā)電機(jī)跳機(jī)故障所需的廠用電電源，均由電力系統(tǒng)通過主變及高廠變倒送電獲得。本期2臺(tái)機(jī)組設(shè)置1臺(tái)90/55-55MVA高壓緊急停機(jī)/備用變壓器（以下簡稱高備變），高備變的電源由附近110kV變電站引接。當(dāng)二期工程擴(kuò)建2臺(tái)660MW機(jī)組時(shí)，4臺(tái)機(jī)組共用1臺(tái)高備變。高廠變采用有載調(diào)壓開關(guān)，滿足機(jī)組起停時(shí)高壓廠用母線電壓水平。

3.2 方案二：發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)斷路器方案

每臺(tái)660MW機(jī)組的發(fā)電機(jī)出口不設(shè)置發(fā)電機(jī)斷路器，機(jī)組正常及事故下的起動(dòng)/停機(jī)所需的廠用電電源由高壓起動(dòng)/備用變壓器提供。本期2臺(tái)機(jī)組設(shè)置1臺(tái)90/55-55MVA起動(dòng)/備用變壓器，高壓備用變壓器的電源由老廠110kV配電裝置引接。當(dāng)二期工程擴(kuò)建2臺(tái)660MW機(jī)組時(shí)，再設(shè)置1臺(tái)高壓起動(dòng)/備用變壓器。高廠變采用無載調(diào)壓開關(guān)。

3.3 發(fā)電機(jī)出口斷路器方案的技術(shù)比較

根據(jù)上述，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器方案在技術(shù)上具有明顯優(yōu)勢，具有廠用電切換操作方便、簡化同期操作、改善主變和高廠變保護(hù)、提高電廠供電可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn)。

本期工程的接入系統(tǒng)電壓為1000kV，而起動(dòng)/備用電源由附近的110kV變電站引接，1000kV系統(tǒng)與110kV系統(tǒng)為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，電廠內(nèi)的1000kV與110kV系統(tǒng)的相位差取決于兩個(gè)系統(tǒng)各種運(yùn)行方式下潮流分布。電廠內(nèi)的1000kV出線與110kV出線在某些運(yùn)行工況下可能存在較大相位差，當(dāng)相位差大于20°時(shí)，機(jī)組廠用電的起動(dòng)/備用電源與正常工作電源切換比較困難，可能出現(xiàn)無法切換或切換失敗。例如，二十世紀(jì)九十年代，山西陽城電廠6×350MW機(jī)組500kV線路直送江蘇，而起動(dòng)/備用電源由山西220kV電網(wǎng)引接，機(jī)組不設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器，當(dāng)時(shí)，江蘇電網(wǎng)和山西電網(wǎng)完全沒有電氣聯(lián)系，甚至兩系統(tǒng)頻率也可能不一致，因此，機(jī)組起動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)先與山西220kV電網(wǎng)同期，起動(dòng)/備用電源與正常工作電源切換，然后，由機(jī)組帶廠用電，再同期到500kV系統(tǒng)。內(nèi)蒙托克托電廠I期2×600MW機(jī)組500kV線路直送北京，機(jī)組不設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器，而起動(dòng)/備用電源由附近變電站220kV配電裝置引接，當(dāng)時(shí)，此變電站500kV配電裝置通過豐鎮(zhèn)電廠、沙嶺子電廠與北京500kV電網(wǎng)連接。

3.4 裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器的經(jīng)濟(jì)比較

發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器與發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)斷路器兩方案的不同之處除發(fā)電機(jī)出口是否裝設(shè)斷路器外，為保證機(jī)組起停時(shí)高壓廠用母線電壓水平，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器時(shí)，高壓廠用變壓器采用有載調(diào)壓變壓器（調(diào)壓開關(guān)進(jìn)口）；發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)斷路器：高壓廠用變壓器為無載調(diào)壓變壓器。

注：（1） 上述經(jīng)濟(jì)比較僅限于電氣設(shè)備費(fèi)。

（2）上述經(jīng)濟(jì)比較僅對(duì)兩個(gè)方案不同之處進(jìn)行比較。

（3）對(duì)于發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器方案，高壓廠用備用變?yōu)閮善?臺(tái)機(jī)組共用，費(fèi)用分?jǐn)偟?臺(tái)機(jī)組。

由表1可知發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器，需增加設(shè)備投資1590萬元。

4 結(jié)論

通過分析本期工程建設(shè)特點(diǎn)以及技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器方案具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，但需增加設(shè)備投資。從電廠運(yùn)行的安全和維持停電后的正常工作考慮，在事故情況下，廠用電系統(tǒng)安全切換，對(duì)減少事故損失、保護(hù)人身與設(shè)備安全至關(guān)重要性考慮，因此，建議大型火電機(jī)組裝設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器。

同時(shí)，為了我國電力行業(yè)的安全運(yùn)行目標(biāo)，在大容量發(fā)電機(jī)組出口斷路器的制造能力上應(yīng)該加大研究力度，更好的匹配高速發(fā)展的電力事業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50660-2011.大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[2] [2]GB/T14824-1993.發(fā)電機(jī)斷路器通用系統(tǒng)技術(shù)條件[S].

[3]梅強(qiáng).大容量發(fā)電機(jī)出口斷路器的選擇[J].華東電力，2005（12）：

12-34.

[4]阮偉，徐唐煌.大型單元式機(jī)組裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）優(yōu)劣性之比較[J].電氣應(yīng)用，2006（10）：35-67.