基于K-2K-3核电站发电机出口断路器方案变更的管理探讨

基于K-2K-3核电站发电机出口断路器方案变更的管理探讨

赵鹏

中国中原对外工程有限公司设计管理部北京市100044

摘要：发电机出口断路器（GCB）是核电站向外发电的重要设备，目前世界上只有ABB和阿尔斯通能够制造生产百万机组级别的发电机出口断路器，但是由于巴基斯坦涉及出口受限，因此K-2K-3项目不能够购买第三国的产品，只能进行自主研发。由于研发进展受阻，不能满足项目的进度要求，因此决定采用替代方案，在满足核电站安全运行需求的前提下，保证工程的进度进行，本文就替代方案和管理理念进行了详细的介绍。

关键词：发电机出口断路器，替代方案，出口受限；

1.发电机出口断路器的原理与作用

1.1发电机出口断路器的工作原理

发电机出口断路器（英文：Generatorcircuitbreaker，简称GCB），GCB安装于发电机和升压变压器之间（见图1）。

图1K2项目电气主接线图

主要由断路器本体、隔离开关、接地开关、避雷器、电压互感器、电容器和汇控柜组成。利用自压气原理来灭弧，即灭弧气流所需能量是从电弧本身负责。电弧的产生所释放的能量导致压力室很快和很大的升压和升温。从电弧来的对流和辐射热量在弧接点系统和压力容器活塞之间的“加热容积”中引起一个突然的升压。热气体正是从这里喷射出来，将电弧熄灭，迅速恢复介质的绝缘强度。

1.2发电机出口断路器的主要功能

发电厂装设发电机出口断路器的主要作用是在于简化运行操作程序，减小发电机和变压器的事故范围，简化厂用电切换及同期操作、提高其可靠性，方便机组调试、运行和维护。

1）启停时厂用电源能平稳过渡

2）在事故处理时尽可能少对厂用电源的影响，确保机组处于稳定状态

3）简化了同期操作顺序

2.项目情况

2.1K-2K-3发电机出口断路器及相关设备主要参数

发电机出口断路器额定电流：35000A；

发电机出口断路器额定电压：24kV；

发电机出口断路器短路开断电流：210kA；

主变阻抗：14%（巴基斯坦国家电网NTDC提供）；

系统侧（高压侧）短路电流水平：25.3kA（2021）

2.2设备研发情况

由于巴基斯坦受到出口的受限影响，因此ABB和阿斯通的发电机出口断路器都无法向K-2K-3项目供货，因此中原公司和国内某企业合作研发K-2K-3项目发电机出口断路器。

自2014年4月签订合同以来，厂家就GCB进行15次试验，均以失败告终，期间为了降低研发难度，设计管理部组织设计院自2016年8月开始与PAEC经过半年的交涉，期间通过电话，信函和会议形式，最终于2017年2月份说服PAEC和NTDC接受提高主变阻抗的要求，主变阻抗由最初确定的14%提高到16%，因此发电机出口断路器的短路电流相应的从210kA降低到190kA，降低了其研发难度。

尽管如此，到2018年初，研发仍未获得实质性进展，因此中原公司为保证工程进度，决定进行后备方案的准备工作。

3.替代方案研究

在190kA发电机出口断路器研发无法满足工程进度要求的情况下，中原公司在集团公司的指示下，开展替代方案的研究准备工作，经过华东院的研究，供提出三个替代方案：替代方案一，500kV断路器方案，即在主变高压侧增加500kVGIS高压断路器方案；替代方案二，负荷开关方案，即将原发电机出口断路器变换为负荷开关；替代方案三，130kAGCB方案，即将原设计的190kA发电机出口断路器变更为开断短路电流能力为130kA的发电机出口断路器。

3.1500kV断路器方案

在K2K3原有设计方案基础上，取消发电机出口断路器，在主变高压侧增加一组500kV断路器，高压厂用变压器由主变压器24kV低压侧改接至主变压器500kV高压侧；高压厂用变压器采用500/6.9-6.9kV分裂变压器。

具体接线示意图如下：

3.2负荷开关方案

在K2K3原有设计方案基础上，取消发电机出口断路器，改由负荷开关进行连接。

3.3130kAGCB方案

在K2K3原有设计方案基础上，取消190kA发电机出口断路器改由130kA发电机出口断路器进行连接。

尽管500kV断路器方案在运行方面与原设计方案最为接近，保留孤岛运行方式，主变故障后厂用电仍有500kV供电，容易获得安全局认可，但是变更量较大，对工期和费用影响较大（需要重新购买高压厂用变压器），增大现场施工难度（主变区域已经施工完成，原土在基础下十几米，扩挖一米很难实施），因此确定不使用该方案。由于130kAGCB方案较符合开关方案，变更量相同，但是运行上有明显优势，因此决定采用130kAGCB方案。

3.5GCB方案变更管理经验总结

3.5.1风险提前管控

GCB作为核电站运行的重要设备，受出口受限影响不能够直接购买进口设备，只能通过国内厂家研发，因为研发存在较大的不确定性，因此给项目管理带来一定的风险，需要将该设备的供货作为项目的重要风险进行管理，尽管项目后期该问题被列为项目的重要风险，但是管理力度不够，项目部较少参与，没有及时进行研发成功预期判断，因此没有及时进行后备方案的准备工作，到2018年3月份才开始准备后备方案，届时根据项目控制部的评估，影响计划节点实施达6.5个月，给项目进度造成了一定的影响。因此在后续项目管理过程中，对于风险管理不能仅仅在跟踪反馈层次上，应对相应风险进行相应的后备方案准备，并及时评估采用后备方案的截止时间，保证工程的进度。

3.5.2后备方案的充分调研

在准备后备方案时，建议采用其他电站已经使用验证过的方案，并在决定前进行充分的调研，以保证核电站的安全平稳运行。例如在选择GCB后备方案事，除500kV断路器方案，其他方案都是在核电站使用过经过验证的，但是即使如此，在田湾核电站调研时，仍然发现该电站由于此方案发生过主变烧毁事件，并经过改造，为后续完善K项目的发变组保护方案提供了有力的输入资料。

3.5.3结合项目进展进行方案的充分论证

在进行后备方案的选择前，应调动各个相关的单位（包括设备供货商，设计院，施工单位等），综合考虑到费用、进度、设计、设备供货及现场的施工情况，充分论证各个方案的可行性，才能做出最终方案的选择。例如从技术上考虑，500kV断路器方案在理论上对于核电站运行方式的影响最小，跟原方案对比基本没有变化，通过业主同意的可能性最大。但是在进行设备供货和现场施工评估时，发现该方案涉及变更的范围最大，包括厂变设备重新采购，已经完成的主变区域扩大，还有大量的设计图纸修改，因此在费用，进度和施工难度上都在三个方案中落后，因此最后没有选择该方案。

3.5.4考虑后续改造的可能性

尽管190kAGCB的研发不能满足K-2K-3项目的进度要求，但是该厂家没有停止研发工作，且显然190kAGCB方案比130kAGCB方案对于核电站的安全和经济性更加有力，因此若后续研发成功，则存在更换的可能，业主也有这方面需求。因此在确定方案后，我方就进行了设备更换的可行性分析和准备：在设备上，厂家反馈190kAGCB相较130kAGCB的主要变化只是灭弧室，在外形、设备基础上没有变化，可以在现场实施；在设计上，提前安排设计院预留电缆通道，以备后续变更敷设电缆，且设备土建基础进行包络性设计。

4.结束语

K-2K-3项目GCB变更方案从提出到设计实施完成，历时一年的时间，期间包括后备方案的准备及调研、替代方案的最终确定、与设备供货商的沟通、设计的研究等多方面的工作，给后续项目的实施提供了良好的借鉴和经验