張炎

摘要：根據(jù)核電站特點結(jié)合國內(nèi)發(fā)電機出口斷路器應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了發(fā)電機出口斷路器的技術(shù)優(yōu)勢，并結(jié)合核電站運行特點分析了其重要作用。通過某核電站的選擇實例，對設(shè)計過程加以分析，論證了發(fā)電機出口裝設(shè)斷路器的優(yōu)越性，對核電站電氣設(shè)計人員有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機；斷路器；技術(shù)比較

隨著電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，發(fā)電機出口裝設(shè)斷路器的主要作用是簡化運行操作程序，減小發(fā)電機和變壓器的故障范圍，便于調(diào)試和維護(hù)工作，簡化同期操作程序，提高其安全可靠性能。

核電站廠用電系統(tǒng)功能是在任何工況下，無論堆型一般要求具有兩個相互獨立的廠外電源作為廠用電的工作電源和輔助電源（500kV和220kV），發(fā)電機和主變壓器之間裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器（GCB）。

一、應(yīng)用現(xiàn)狀

1、在大型火電機組的應(yīng)用現(xiàn)狀。由于目前配600MW及以上發(fā)電機組的全封閉斷路器尚全部依賴進(jìn)口，昂貴的投資迫使建設(shè)單位不得不綜合考慮是否采用GCB方案。目前全世界有超過20%的大型常規(guī)火電機組采用了GCB方案。

2、在核電機組的應(yīng)用現(xiàn)狀。發(fā)電機出口斷路器已經(jīng)集成了電壓互感器、接地開關(guān)、隔離開關(guān)等設(shè)備，成為具有多種功能的組合電器，發(fā)電機出口斷路器在大型核電機組上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

二、主接線的影響

裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器的模塊式電氣主接線，在運行維修和試驗、發(fā)電系統(tǒng)可用率、投資費用等方面都優(yōu)于不裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器的單元制電氣主接線。

1、單元制電氣主接線。發(fā)電機與主變壓器及機組廠用變壓器之間沒有斷路器，在主變壓器的高壓側(cè)裝設(shè)斷路器，作為發(fā)電機啟動并網(wǎng)和停機時斷開之用。為了滿足機組啟動和停機時的廠用電要求，還需從220kV（或其它等級）母線接一臺啟動備用變壓器（簡稱啟備變），

2、裝設(shè)GCB方案的電氣主接線。裝設(shè)GCB方案電氣主接線也是由發(fā)電機與主變壓器組成的發(fā)電系統(tǒng)，在斷路器與主變壓器之問引接出機組廠用變壓器，發(fā)電機與斷路器和斷路器與主變壓器及機組廠用變壓器之間用分相封閉母線相互連接。發(fā)電機啟動并網(wǎng)或者停機時，用發(fā)電機斷路器接入電網(wǎng)或者從電網(wǎng)斷開，主變壓器正常持續(xù)帶電運行。這種接線用斷路器把發(fā)電機與變壓器分成兩部分，發(fā)電機啟動和停機時，機組廠用變壓器通過主變壓器從電網(wǎng)受電，發(fā)電機并網(wǎng)后，機組廠用變壓器直接從發(fā)電機受電。所以裝設(shè)GCB方案的電氣主接線，不需要另外裝設(shè)從電網(wǎng)受電的啟備變。

大容量機組出口安裝斷路器時，備用電源的引接方式有如下幾種：①直接從電廠主母線引接，作為全廠事故備用電源。②從附近較低電壓等級的變電所引接1路事故備用電源。③不設(shè)專用的備用變壓器，適當(dāng)加大廠用工作變壓器的容量，作為另一臺機組的事故備用電源，或每臺機組設(shè)置專用的備用變壓器，從發(fā)電機出口引接，作為另一臺機的事故備用電源。

3、核電機組電氣主接線。為貫徹核電廠設(shè)計安全規(guī)定縱深防御理念，電氣設(shè)計中為核電廠廠用電系統(tǒng)配置多種廠用電源。電氣縱深防御順序，基本都是500kV外電網(wǎng)——孤島運行——220kV電網(wǎng)——廠內(nèi)柴油發(fā)電機——蓄電池和小柴油機。對于M310和WWER1000機組核電站，當(dāng)電源轉(zhuǎn)至220kV電網(wǎng)供電時，反應(yīng)堆必須停堆，而AP1000機組，具備可以不停堆的條件，停堆停機與否需根據(jù)實際情況確定。

三、技術(shù)優(yōu)越性

1、提高機組可用率。對一個發(fā)電系統(tǒng)來說，影響可用率的因素有兩個：一是設(shè)備故障率，二是修理時間。

設(shè)備和部件的修理時間與發(fā)生故障的次數(shù)和切除故障時間有關(guān)，模塊式接線分區(qū)配置繼電保護(hù)，保護(hù)的靈敏度高，切除故障的時間較短，設(shè)備損壞的程度相對較輕，所以設(shè)備的修理時間也相對較少。

從設(shè)備的故障幾率和修理時間分析，模塊式接線的可用率比單元制接線的可用率要高。

2、提高機組安全運行的可靠性。在技術(shù)上加裝發(fā)電機出口斷路器可提高機組的安全運行可靠性，具有以下幾點。①保證系統(tǒng)故障時廠用電源的穩(wěn)定性；②提高了500 kV系統(tǒng)供電的可靠性；③提高發(fā)電機和變壓器保護(hù)水平；④縮小故障范圍提高運行操作的可靠性。

3、方便調(diào)試和改善同期條件。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，這樣會產(chǎn)生一個不平衡負(fù)載，給發(fā)電機帶來嚴(yán)重的機械和熱應(yīng)力，從而損壞發(fā)電機。

當(dāng)同期在發(fā)電機電壓等級進(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。

4、運行維修和試驗操作靈活。單元制主接線的主要缺點：一是機組啟動和停機時（包括正常停機和事故停機），都要進(jìn)行廠用電源切換，操作復(fù)雜，還容易誘發(fā)瞬變現(xiàn)象；二是發(fā)電機與變壓器不能分開進(jìn)行試驗和檢修，繼電保護(hù)的整定和試驗也不能分開進(jìn)行。

發(fā)電機出口安裝斷路器后，運行、維修和試驗操作更加簡單、靈活：①并網(wǎng)和正常運行；②發(fā)電機運行異常；③試驗和檢修分開進(jìn)行試驗和檢修，互不干擾。

四、經(jīng)濟(jì)合理性

核電機組為確保廠用電的可靠性，一般不允許廠用電切換。主要以提高機組的可用率及保證核安全為主，裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器后的接線型式，相應(yīng)的減少廠用備變的臺數(shù)和容量，只作機組安全停機用。在提高電廠可用率等多方面經(jīng)濟(jì)分析，遠(yuǎn)期收益大于初期投資的差異。

五、結(jié)論

基于發(fā)電機出口裝設(shè)斷路器的優(yōu)點，目前，國外GCB的發(fā)展十分迅速，已從原來的壓縮空氣型向SF6型發(fā)展，操作機構(gòu)也由液壓向彈簧機構(gòu)型發(fā)展，GCB的體積越來越小，噪聲減低，而額定電流和開斷電流卻越來越大，并且GCB的機械壽命也在增大，20年無需維護(hù)（或20，000 次開關(guān)操作免維護(hù)）?，F(xiàn)在的GCB已經(jīng)不僅只是一臺斷路器，而是集成了電壓互感器，接地開關(guān)、隔離開關(guān)等發(fā)電機與主變之間的設(shè)備，成為具有多種功能的組合電器。近年來，國內(nèi)核電站、水電站以及新近建設(shè)的火力發(fā)電廠也都裝設(shè)了發(fā)電機斷路器。核電站如方家山、福清、嶺澳核電廠、田灣核電站等都采用發(fā)電機斷路器。國內(nèi)大容量以及安全性要求高的機組中裝設(shè)發(fā)電機斷路器已漸成趨勢。

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