高志祥

(杭州华电半山发电有限公司，浙江 杭州 310015)

0 引言

随着国家能源结构的调整，重型燃气轮机(F级)进入了一个新的发展时期。重型燃气轮机一般采用变频启动方式，其电气接线与燃煤机组有所不同，其发电机是否配置出口断路器(GCB)具有不同的特点。本文结合实际分析其配置GCB的优缺点，并提供未设GCB的案例，供同行参考。

1 燃气轮机启动特点

燃气轮机在启动时，必须由其他动力装置使其转动起来并达到一定的自持转速。燃气轮机所用的启动机有交流电动机、内燃机(主要是用柴油机)、静态频率转换器(LCI)和发电机。

随着燃气轮机技术的发展，机组容量逐渐增加，它所需启动装置的功率也随着增加。对于单轴燃气轮机，Pu=(2% ～5%)PGT，其中:Pu为启动功率;PGT为燃气轮机额定功率。例如S109FA机组，其LCI需要的最大设计功率就达10.38 MW。图1是某机组的典型启动厂用电曲线，由该曲线可知，启动中厂用电功率最大为13.38 MW。减掉其他辅机占用功率，LCI的功率在10.00 MW左右。

因此，各重型燃气轮机普遍采用了LCI静态启动系统。这样既可以缩短轴系(重型燃气轮机本身的体积较大，如S109FA机组的轴系长为42.09 m)，也可以空出透平基础四周关键的空间，节省启动电动机和相应的转矩变换器，以及有关的电气硬件。

2 发电机出口设置GCB的优缺点

燃气轮机发电机组发电机出口断路器的装设原则通常同燃煤机组。大型燃气轮机采用静态变频器启动，发电机出口可装设GCB(如图2所示)，也可不装设GCB(将图2中的发电机开关、出线闸刀省略)。下面从经济、技术和安全方面进行分析。

图1 某S109FA机组的典型启动厂用电曲线

2.1 不装设GCB的优点

由于GCB的价格约为400万元(配390H发电机)且需要进口，一次性投资较大，故设计时将其省略可降低投资。

相关案例表明，GCB中的发电机出线闸刀由于工作电流巨大(390H发电机额定电流为14221 A)，当闸刀接触不良时易发生熔断事故。省略GCB避免了其出现故障的可能。

图2 发电机带GCB示意图

2.2 装设GCB的优点

当发电机承受不平衡负荷或发电机出口发生不对称短路时，GCB可以迅速切除故障;当主变压器内部故障时，由于发电机转子灭磁及定子电流衰减时间通常长达数秒(与励磁系统有关)，变压器的损坏程度会加重。

虽然发电机出口装设GCB后，一次性投资增大，但若考虑到今后的运行情况，特别是调峰较多时的运行情况，装设GCB对减少厂用电切换很有帮助，可提高厂用电设备的使用寿命，减轻检修维护的工作量。

另外，还有一个关键性的因素，即重型燃气轮机普遍采用静态变频器启动，如果没有GCB，则静态变频器的负载(特别是无功负载)将增大，所以，静态变频器的选型费用增加。例如某V94.2燃气轮机，原设计有与GCB，LCI配套的隔离变压器的容量为1760 kV·A，省去GCB后，LCI隔离变压器容量增大为4700kV·A。原启动转速由0升到900 r/min的时间为90s，现在升速时间延长为120 s，以降低燃气轮机启动时的升速率，否则静态变频器将过载跳闸而导致启动失败。

目前燃气轮机启动静态变频器均采用电流型，输出的电流波形为矩形波(如图3、图4所示)，存在大量谐波，静态启动时将引起发电机附加发热和转矩脉动，特别是在启动和低转速时可能对发电机、变压器有一定的损伤。

特别要注意的是，燃气轮机除了启动运行工况外，还有一个冷拖水洗工况，且这一工况时间较长。例如:S109FA机组在冷拖水洗时转速为700 r/min，时间一般为4 h以上;西门子公司V94.2机组冷拖水洗时转速为600 r/min，时间也较长。如果没有GCB，则主变压器、高压厂用变压器将有较长时间承受非正弦波及低频危害。

3 结束语

综上所述，对于采用静态变频器启动的燃气轮机，发电机出口装设GCB是有利的。燃气轮机启停频繁，装设GCB后可避免高压厂用电源的切换，简化厂用电源的控制和保护接线，从而提高厂用电系统的可靠性。机组并网或停机时只需通过GCB就可完成，缩短了机组启、停时间。虽然初期投资较大，但运行费用低，并避免了主变压器、高压厂用变压器受低频、非正弦波的危害。但在实际运用中也有未设GCB的案例，所以，是否设GCB应依据燃气轮机运行方式及设计时考虑的侧重面而最终确定。