发电机出口断路器在化工企业自备电厂中的应用

【摘要】论述了烯烃公司自备电厂通过技术改造，在3#发电机组出口安装发电机断路器，解决了因机组检修或故障而造成的启备变过负荷问题，确保了厂用电可靠性和稳定性，有效的保证了化工区的顺利运行。

【关键词】发电机断路器；自备电厂；以汽定电；过负荷；应用

1 电气主接线及运行方式概况

本工程安装有2×60MW+2×30MW抽凝式汽轮发电供热机组，6台460t/h锅炉，4台机组动力蒸汽通过6台锅炉以母管形式供给，同时6台锅炉还为化工区提供工业蒸汽，“以汽定电”是本工程与电厂最根本的区别。

电气系统主接线属于典型的单元制接线（如图1），即一台发电机与一台主变压器组成的发电系统，在发电机与主变之间分支引出接厂用限流电抗器（发电机出口电压6.3kV），再用分相母线将发电机与主变及厂用限流电抗器连成一个整体。发电机与主变及电抗器之间没有断路器，在主变高压侧装设一组断路器，作为发电机启动并网和停机断开点。为了满足机组启动和停机时的厂用供电要求，装设一台容量为20MW的35kV/6.3kV启备变，通过35kV内网降压为机炉启动提供电源，在我厂启备变还兼做了发变组检修或故障情况下锅炉运行的应急电源。

2 改造的必要性

系统设计并不存在问题，但动力站在整个化工工艺系统中属于蒸汽平衡的源头， 四台发电机组属于余汽发电，“以汽定电”是本工程与电厂最根本的区别。发电机组随时会因为平衡全厂蒸汽、设备故障、检修等需要而停机。当发电机停机时，启备变设计容量无法满足三台锅炉正常运行的电力需求，整套系统受限于启备变容量，致使在平衡工艺蒸汽及事故状态下的供电系统调整变得异常困难。

3 改造方案的实施

在现有接线基础上，通过在发电机出口加装断路器（下称GCB），用于隔离发电机与主变之间的直接连接，发电机启动并网或停机时，用GCB接入电网或者从电网断开。GCB与主变之间接引厂用限流电抗器，通过主变反充电为厂用锅炉系统供电，加装GCB后，主变与35kV母线之间的断路器长期处于合闸状态，主变正常持续带电运行，同时该断路器作为主变检修或保护动作时与电网的断开点。这种接线用GCB将发电机与变压器分成两块，机组在启动或停机情况下，主变压器经35kV内网反送电为3#、5#锅炉设备供电，发电机并网运行后，3#、5#锅炉设备供电由发电机完成（如图2）。

4 技术优越性分析

（1）在发电机出口装设GCB后，3#机组故障或检修都不会影响厂用锅炉系统供电，主变可以兼做厂用启动和工作电源，减轻了启备变供电压力，提高了厂用供电可靠性。

（2）在厂用电的事故切换过程中存在着不正常运行的工作母线电压与备用电源电压间的相位角差，如厂用电快速切换装置控制不当，造成相角差过大，则难以保证事故快速切换成功，极易造成在相角差较大时切换，形成很大的冲击电流，损坏设备或使事故扩大。同时厂用电经常切换会影响到厂用电系统内断路器的使用机械寿命和机构故障几率的增加，使得切换失败，厂用电中断。在发电机出口装设GCB后，发电机组起、停的厂用电源是通过主变倒送电获得，从机组起动直到发电机并网带负荷，反之从发电机减负荷到发电机解列停机，整个过程都无须进行厂用电切换操作。这样，避免了厂用电源并联切换对厂用电系统的不利影响，也免去了运行人员对厂用电源的切换操作，减少误操作发生的可能性。当发电机因故跳闸时，特别是非电气原因引起的跳闸，厂用电自动由主变倒入，可做到无扰动切换厂用电，各种厂用辅机不会因发电机跳闸而改变工作状态，给事故处理提供极大的方便，从而减少因厂用电失去使事故扩大和设备损坏的可能性，厂用电的可靠性大为提高。

（3）锅里、汽机、发电机发生故障时，可以确保厂用电不中段，尤其因控制回路或者热工卡件故障造成的停机时可很快排除，在厂用电未产生中断的情况下，有利于机组迅速恢复。

（4）发电机断路器以内发生故障时，只需跳开发电机断路器，不需跳主变高压侧35kV断路器，对系统电网结影响较小。尤其使35kV配电装置不必开环运行，使运行安全可靠，对电网有利。

5 改造效果评估

（1）改造前，2#启备变承担了3#、4#机组和5#炉启动及停运供电任务，同时1#、2#启备变分别肩负了3#和5#炉应急电源，当机组停运检修或故障后，锅炉失去工作电源，为确保化工区用汽，锅炉厂用电只有启备变来提供，造成启备变过负荷，运行风险很较高。改造后，系统主变压器经35kV系统反送电，通过限流电抗器为厂用6kV供电，发电机并网后，厂用6kV供电由发电机完成，减轻了1#、2#启备变供电压力，在1#、2#机组停机时，1#启备变刚好满足1#、2#炉厂用6kV供电。在4#机组停机时，2#启备变刚好满足4#、6#炉厂用6kV供电。

（2）装设断路器后机组的正常起、停， 不需切换厂用电，只需操作发电机断路器即可， 使得厂用电的可靠性提高。发电机故障后，发变组保护只需断开出口断路器，切除系统故障点，通过主变反送电，确保了厂用电的持续和可靠性。

（3）与装设两台大容量启备变方案相比，如果更换两台大容量启备变后，与之相配套的进线开关，母线、电缆等一次元件均要考虑与之配置情况，物质采购费用较高，而且施工量不大，同时，安装变压器后，系统一次电抗发生变化，定值都需要重新核算，采用GCB方案，系统一次电抗基本可以忽略，所以最大、最小方式下定值不会改变，沿用原来定值即可满足要求。

6 结论和建议

（1） 3#发电机加装出口断路器后，从根源上解决了启备变过负荷问题，同时降低了厂用电频繁切换所带来的风险，提高了厂用供电的安全性和可靠性。

（2）与更换变压器方案相比，加装断路器方案更加简单，工程量不大，施工周期短，施工环节更具操作性。从经济利益考虑，相比之下，加装断路器更加节约成本。

（3）模块式运行方式简单，当机组在发电机断路器以内发生故障时，只需跳开发电机出口断路器，减少机组事故时的操作量，当发电机处于检修状态时，不会影响厂用电的供应。

（4）根据化工企业自备电厂“以汽定电”的运行模式，在发电机出口处加装断路器的模块接线比不装断路器的单元接线，在技术和运行方式上更具有优越性，能够提高化工供汽持续性，同时能够满足供电可靠性，建议我厂在后续工程中加以应用。

参考文献：

[1]DL5000-2000.火力发电厂设计技术规范（S）.2000.

[2]沈文兰，李本，李建国.研究国产发电机断路器的主攻方向（J）.水电电气，1999（4）.

[3]姚红毅.惠来电厂装设断路器的合理性及参数选择（C）.电力机械，2006（06）.