大容量发电机出口断路器选择

李静

【摘 要】随着电力需求的高速增长,大型火力发电机组的容量由125 MW迅速向200、300、600 MW级及以上发展,成为电力系统的主力机组.如何正确选择大容量发电机出口断路器,对于不同类型的机组来说具有不同的要求.文章以道真县芙蓉江角木塘水电站工程大容量发电机出口断路器选择为例,就如何正确进行大容量发电机出口电路器选择进行了相关分析,为今后相关断路器选择提供实践技术依据.

【期刊名称】《黑龙江水利科技》

【年(卷),期】2013(041)009

【总页数】4页(P12-15)

【关键词】火力发电;大容量;发电机;出口断路器;正确选择

【作 者】李静

【作者单位】贵州省水利水电勘测设计研究院,贵阳550000

【正文语种】中 文

【中图分类】TM561

0 引言

近年来，为了迅速扭转电力紧张局面，我国许多地区均在建设超临界或超超临界的大型燃煤火力发电机组。然而，大型发电机组先后发生过几次严重损坏事故，引起国内外人士极大的关注，大容量火电机组发电机出口断路器的选择成为了大型发电厂电气工程设计中争论较多的问题。为取得较高的可靠性和经济性，都希望装设发电机出口断路器(GCB)，因此，正确的选择大容量发电机出口断路器具有重要意义。

1 工程概况

1.1 接入电力系统方式

角木塘水电站位于贵州省道真县境内，属于芙蓉江梯级开发中的电站，电站装机容量70 000 kW。根据业主提供的重庆市电力公司“关于芙蓉江浩口、角木塘水电站接入电网意见的函”的内容，确定角木塘电站出一回110 KV线路至浩口水电站，距离为19 km，再通过浩口水电站220 KV升压站和系统相连，导线型号为LGJ—300。

1.2 电气主接线

根据水文专业提供的资料，角木塘水电站装机容量2×35 000 kW，一期建成。考虑到厂网分开的要求，故不设近区变压器。两台主变，采用发电机—变压器组的单元接线，两台厂用变压器各自接在发电机出口母线上。

1.3 升高电压侧接线

110 kV侧采用单母线接线，110 kV送出线路一回，线路上装断路器。

根据以上发电机电压接线和升高电压侧接线的比较，确定角木塘水电站的电气主接线为发电机电压侧采用发电机—变压器组单元接线，升高电压110 kV侧采用单母线接线，110 kV出线一回，至浩口水电站220 kV升压站。

2 主要电气设备的选择

2.1 系统接线图及网络阻抗图

以浩口水电站220 kV升压站的220 kV侧为无穷大系统计算电站各侧短路电流，系统接线图及网络阻抗图见图1和图2。

图1 角木塘水电站系统接线图

图2 角木塘水电站正序网络等值电抗图

2.2 主要电力设备的选择

1)发电机

选用2台35 MW轴流转浆水轮发电机。发电机电压等级，经综合比较，考虑到发电

机断路器、发电机母线及主变压器造价等因素，推荐10.5 kV的电压等级［1］。

功率因数，由于本电站距负荷中心较远，为了满足线路末端电压运行水平以及电站承担无功功率的要求，发电机功率因数暂按0.85选取。

2)主变压器

型式 SF11—50000/110

额定容量 50000kVA

电压 121±2×2.5%/10.5KV

结线组别 YN，d11

调压方式 无励磁

阻抗电压 10.5%

中性点接地方式 经隔离开关接地

冷却方式 风冷

运输重 44.5t

3)发电机电压母线

母线型式 共箱封闭母线

额定电压 12kV

额定电流 3000A

4)发电机出口断路器

型号 HVX—12

额定电压 12kV

额定电流 3150A

额定开断电流 40KA

直流分量 ＞75%(系统源)

＞135%(发电机源)

额定短路关合电流 110KA

5)110 kV电器设备选择与布置

110 kV设备布置，采用了户外敞开式布置和户内GIS布置进行了经济比较，户外敞开式电器比户内封闭式电器设备投资少215.5万元，但土建工程费用增加了320万元。综合比较户内封闭式电器设备具有缩短施工安装工期，方便操作维护以及运行安全可靠等多方面的明显特点，故110kV开关站选用户内 GIS全封闭式电器。主变压器布置在户内［2］。

其中:110 kV断路器额定电流1 250 A，额定开断电流31.5 kA。

6)高压电缆

高压电缆型号及主要技术参数

型号:ZRYJV22-3×70

额定电压:8.7/10kV

2.3 电力设备大、重件运输及现场组合

电站最大运输为110 kV主变压器，容量为50 000 kVA，运输重量 44.5 t，运输外型尺寸(长 ×宽×高)5 230 mm×4 850 mm×5 700 mm，运输重量和尺寸均在铁路和公路的允许范围内。

3 继电保护

3.1 主设备的继电保护

电厂主设备的继电保护按DL/T5177—2003《水力发电厂继电保护设计导则》［3］、GB 14285—2006《继电保护和安全自动装置规程》［4］、国家电力公司2000年发布的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》及有关标准规定配置。采用微机型成套保护装置，按发电机、变压器等不同的主设备分别组屏。保护装置具有2个独立可靠的电源、完善的抗干扰措施，灵活可靠的出口，具有自检和自恢复功能，配置管理机与计算机监控系统通信。厂用变压器采用高压限流熔断器保护，只装设过负荷保护。

3.2 系统保护及安全自动装置

系统安全自动装置，根据接入系统设计动、静稳定计算结果确定，装设微机型系统稳定装置、远方切机装置等。

根据规程规范要求，本站应配置故障录波装置，记录的故障动态量为:1条110 kV线路、2台变压器110 kV侧的3个相电流和零序电流。

3.3 继电保护设备布置

全厂不单独设置统一的继电保护室，系统继电保护及安全自动装置、110 kV母线保护、发电机保护、主变压器保护和10 kV、110 kV系统的测量表计屏等均布置在中控室内。

4 通信

4.1 系统通信方式

电力系统为了安全、经济的发供电，合理地分配电能，保证电力质量指标，及时地处理和防止系统事故，要求集中管理、统一调度，建立与之相适应的通信系统，可设置光纤、电力载波、电信通信网3种通信方式［5］。限于角木塘水电站接入电力系统设计的成果还未批复，故接入系统的通信方式目前暂以光纤通信作为调度通信的主用通道，电力载波通信作为备用通道。

1)光纤通信

光纤通信有可利用频带宽、通信容量大、抗干扰、绝缘性能好，传输速度快等一系列特点外，还能彻底克服发电厂内的电磁干扰，免除通信设备遭受地电位升高的危险影响等，是目前电力系统的主要通信方式。本电站拟在110 kV输电线路上同杆建设一回地线复合光缆(OPGW)接入当地电网并在本站内配置符合电网要求的光传输设备。该光通道作为本电站与当地电网的继电器保护、语音、图像、自动化通信的主要方式。

2)电力线载波通信

电力载波通信是电力系统特用的一种通信方式。电力线载波通道的耦合方式采用相—地耦合方式。此载波方式将用于继电保护、语音、自动化通信的备用通道。选用数字调制技术的全数字式载波机DT340(两话四数)，远动信息传输速率选择待定。

4.2 通信

1)厂内通信

为保证电站安全运行及生产调度、生产管理等需要，设置具有调度功能的数字程控交换机1套作为厂内调度通信，调度电话为发电、输电、配电等运行值班人员提供通信联系。根据DL/T5080—1997《水利水电工程通信设计技术规程》［6］，交换机初装容量为40门/线，扩充容量选择初装容量的100%。满足站内、坝区、开关站等处的生产调度需要。

2)对外通信

采用一路电信局市话作为本电站对外通信和调度通信的备用。

4.3 通信电源

为保证通信畅通，通信电源必须稳定可靠。通信设备由通信专用电源供电，本期工程设置一组48V/200AH全密封免维护铅酸蓄电池，组成不间断电源供电站调度通信、管理使用。通信交流电源采用双回路供电，并分别取自不同厂用配电盘。当交流电源故障时，蓄电池可供通信设备连续工作2 h。设备置于通信机房内。

5 过电压保护

5.1 直击雷保护

由于主、副厂房是钢筋混凝土结构，防直击雷措施是在屋顶敷设一圈避雷带。布置在副厂房屋顶出线平台上的110 kV电气设备，利用110 kV线路上装设的避雷线作为户外电气设备防直接雷保护［7］。

5.2 过电压保护

1)110 kV电气设备及变压器的避雷器配置

110 kV架空输电线路全线装设避雷线。在110 kV母线上和各引出线出口处各装一组氧化锌避雷器，以对主变压器和电气设备起到保护作用。

2)主变压器中性点接地方式

主变压器中性点通过隔离开关接地。

5.3 电站监控系统设置

为适应系统调度的调控要求，DL/T5065—2009“水力发电厂计算机监控系统设计规范”的要求，确定本电厂按“无人值班，少人值守”运行方式设计，采用以计算机监控为基础的集中监控方式。电站计算机系统采用高速双以太网分层，全开放，全分布式系统结构。

系统由主控级、网络级和现地级设备构成。网络级为电站主控级与现地级数据传输通道，应采用开放标准协议的双光纤以太网作为主干网，应具有较高的实时性、高效性、可

靠性及较高的抗干扰能力。网络传输协议层应采用TCP/IP协议，网络的传输速率≥100 Mbps。

电站的计算机系统能对全厂主要机电设备进行控制，对所有机电设备的运行情况进行全面监控。电站计算机监控系统通过光纤通道与地区调度的计算机监控系统进行通信，上送地区调度所需的电站信息和接受地区调度的控制命令。

6 结语

近年来，随着我国电力需求的不断加大，大容量发电机组出口断路器显得越来越重要，由于我国大容量发电机组出口断路器的制造能力与发达国家相比还具有较大的差距，因此，加强其研发工作显得尤为重要。同时，在大容量发电机组出口断路器的选择上也应加大研究力度，只有相对应的断路器匹配，我国电力事业才能更好的得到发展。

参考文献:

［1］梅强.大容量发电机出口断路器的选择［J］.华东电力，2005(12):12-34.

［2］阮伟，徐唐煌.大型单元式机组装设发电机出口断路器(GCB)优劣性之比较［J］.电气应用，2006(10):35-67.

［3］国家电力公司水利水电规划设计学院.DL/T5177—2003水力发电厂继电保护设计导则［S］.北京:中国电力出版社，2003.

［4］中国电器工业协会.GB14285—2006继电保护和安全自动装置规程［S］.北京:中国标准出版社，2006.

［5］程朝晖.600MW发电机组出口装设断路器问题的探讨［J］. 华中电力，1999(01):72-89.

［6］中华人民共和国电力工业部.DL/T5080—1997水利水电工程通信设计技术规程［S］.北京:中国电力出版社，1998.

［7］陈尚发.加快大容量发电机断路器在我国的研发和制造［J］. 电气制造，2011(08):92-103.