| 1國內(nèi)外GCB的使用和發(fā)展狀況
美國、英國、法國等發(fā)達國家在電廠設(shè)計中，其大容量發(fā)電機出口均考慮裝設(shè)GCB。目前國內(nèi)電廠采用GCB或發(fā)電機負荷開關(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)、大機組、超高壓的發(fā)展，怎樣簡化電廠的運行操作，提高機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)越的特性完全可以滿足這些要求。
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�？諝庑虶CB，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%)，還可以集成CT、PT、接地開關(guān)等設(shè)備，成為多功能的組合電器。
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，機械壽命高達10000次以上，隨著研發(fā)能力及制造技術(shù)的提高，GCB配置保護將更趨完善，可靠性更高故障率更低。
2裝設(shè)GCB技術(shù)分析
安裝在發(fā)電機出口的低電壓、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)濟因素，除小容量機組的發(fā)電機出口設(shè)置少油斷路器外(單機容量200 MW以下)，一般大機組(單機容量200 MW及以上)大都采用發(fā)電機—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)電機出口設(shè)置斷路器的優(yōu)越性作一分析。
2.1提高系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性
200 MW及以上的機組采用的發(fā)電機與變壓器組的單元接線方式的優(yōu)點在于省去了GCB，同時也省去了相應(yīng)的繼電保護。但是這種簡化的接線方式卻使得發(fā)電機、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靠性的影響。當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)電機轉(zhuǎn)子因負序電流作用而使絕緣損壞甚至起火燒毀、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號爐故障停機檢查，運行人員操作2號機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號機主變與系統(tǒng)解列，造成非全相運行時間長達8 min，引起2號機轉(zhuǎn)子燒毀。又如石洞口二廠2號機作逆功率試驗時，2號機逆功率保護動作，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，造成斷路器非全相運行，導(dǎo)致電廠另一臺運行的600 MW機組、電網(wǎng)4條500 kV線路、3條220 kV線路、黃渡變的一臺500 kV變壓器及一臺220 kV變壓器先后跳閘。
2.2保護發(fā)電機及主變壓器
當發(fā)電機帶不平衡負荷運行、內(nèi)部或外部發(fā)生不對稱短路時均會對發(fā)電機產(chǎn)生很嚴重的機械和熱應(yīng)力，這種故障電流及其非全相運行的負序分量所引起的熱應(yīng)力加在發(fā)電機轉(zhuǎn)子的阻尼繞組上，會產(chǎn)生異常的高溫而使發(fā)電機轉(zhuǎn)子嚴重受損。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)電機免遭損壞。但如果沒有裝設(shè)GCB，發(fā)電機會持續(xù)提供不平衡負載給故障點，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)電機嚴重的損壞。
2.3提高保護選擇性
當發(fā)電機側(cè)發(fā)生故障時，GCB動作將故障點與系統(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接線，降低了保護動作的聯(lián)鎖復(fù)雜性。當主變壓器側(cè)故障時，GCB可以迅速切除，使得發(fā)電機、主變壓器和廠用高壓變壓器處于各自獨立的保護范圍內(nèi)。
2.4方便調(diào)試和改善同期條件
GCB之所以能執(zhí)行機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?shù)牡胤�，可以在不中斷廠用電源的情況下將發(fā)電機斷開，這樣運行人員也減少了操作，避免了出錯的可能性。機組投運進行短路試驗時，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。
當電廠與電網(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。請登陸:高壓開關(guān)網(wǎng)瀏覽更多信息
當同期在高壓側(cè)進行操作時，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)生一個不平衡負載，給發(fā)電機帶來嚴重的機械和熱應(yīng)力，從而損壞發(fā)電機。
當同期在發(fā)電機電壓等級進行操作時，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。
3裝設(shè)GCB經(jīng)濟比較
隨著主變壓器制造質(zhì)量的提高和GCB制造技術(shù)的進步，大容量機組啟動(備用)電源的設(shè)置原則正在發(fā)生變化。當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，仍有相當可觀的經(jīng)濟效益增加。下面就600 MW機組常用的兩種電氣接線方案作經(jīng)濟性比較：
方案一：采用發(fā)電機—變壓器組接線，發(fā)電機出口不裝設(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：
方案二：采用發(fā)電機—變壓器組接線，發(fā)電機出口裝設(shè)GCB，當機組啟動和正常停機時，廠用電源由系統(tǒng)通過主變壓器倒送供給。設(shè)一臺事故停機備用變，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。
(1)可利用率比較
方案一、二主接線中各元件可靠性數(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。請登陸:高壓開關(guān)網(wǎng)瀏覽更多信息
由上表可知，方案二較方案一年平均可利用率提高了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)濟效益。
(2)初期投資比較
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：
(3)運行收益分析
依據(jù)可利用率的計算結(jié)果，平均故障時間方案二較方案一少60.4 h，如機組年運行小時數(shù)假設(shè)6000 h，那么每年機組可以多發(fā)電達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。
(4)故障停電損失分析
根據(jù)有關(guān)文獻統(tǒng)計，500 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×（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，該項收益遠遠大于初期投資的差異 |
銷售服務(wù)
