組合電器類設施可靠性統計方法

韓克存，劉福濤

(1.山東電力集團公司，山東 濟南 250001；2.聊城供電公司，山東 聊城 252053)

0 引言

輸變電設施可靠性評價是電力可靠性管理的一項重要內容，是以設施功能為目標的面向設施的可靠性范疇。長期以來，電力企業一直致力于規范輸變電設施可靠性管理，并不斷修改、完善，形成了 《輸變電設施可靠性評價規程》(DL/T837-2003)［1］，對輸變電設施可靠性的統計、分析、評價明確了相應的技術要求和統計規則。

近年來電網裝備技術發展迅猛，新型設備大量投入生產運行，現行《輸變電設施可靠性評價規程》中部分設施分類、指標統計規則與現場設備實際管理狀況存在沖突或歧義，影響了可靠性分析和管理的準確性、針對性。其中，全封閉組合電器(GIS)基于“套“的統計模式與現場設備管理實際模式有偏差，而HGIS、PASS、COMPASS等新型組合電器類設備未及時進行歸類，無法準確建立對應的評價指標和計算公式。

1 目前規程存在的問題

1.1 統計方式同生產管理現狀差異

按規程規定，設施運行狀態可分為 “可用”、“不可用”兩種運行狀態，其中“可用“的定義是指設施能完成預定功能的狀態，而不能完成預定功能的則屬于“不可用”狀態。全封閉組合電器在規程中是按“套”定義的，即一個電壓等級、一次建成的全封閉組合電器為一套，套是全封閉組合電器最小的統計單元。按此推論，一套組合電器當其中某一個元件(比如出線刀閘)失效時，該套組合電器的運行狀態將定義為“不可用”，顯然有悖于生產現場一套組合電器某一元件失效停運、但其他元件繼續帶電運行的現實。另外，生產過程中經常有對全封閉組合電器改造增容、擴充出線間隔的情況，按規程定義關于“套”系“一次”建成的定義標準，改造后的全封閉組合電器已不能計為“一套”組合電器設備(至少應視為兩套設備)，顯然，又與生產管理中實際執行的關于一套組合電器的理解(即一個電壓等級，電氣上直接關聯)相沖突。同時，設備生產管理上經常遇到統計和評價某一出線間隔的可靠性指標情況，但現規程關于全封閉組合電器的指標評價僅有元件和套的定義，關于間隔的可靠性指標統計、評價缺少數學計算模型，無法定性和定量統計、評價組合電器中某一出線間隔的“可用”、“不可用”情況，影響了對全封閉組合電器精益化管理。

1.2 新型組合電器不能準確歸類

近年來，電力設備裝備技術日新月異，大量新型開關類設備不斷投入現場應用，這些設備繼承了全封閉組合電器結構緊湊、占地空間少的優點，同時又與全封閉組合電器有很大的區別。比如HGIS、PASS同樣均為封閉式組合電器，但接線更為簡潔、清晰，功能元件設計更為集中，其SF6氣體絕緣密閉空間內不包含母線元件，母線元件同傳統AIS一樣是外露的。行業標準DL/T837-2003中沒有明確這些新型組合電器的定義和歸類，其可靠性指標也無相應的數學計算模型。國家電網公司可靠性專業管理辦法曾臨時將該類設備歸入到“斷路器”大類進行可靠性指標統計，從執行情況來看這種處理一是違背了組合電器的自然屬性歸類，新型組合電器內部的隔離開關等元件在物理特性上根本和“斷路器”類設備無任何聯系，按此方法處理，統計出來的斷路器指標和實際情況會產生很大偏差；二是新型組合電器設備因“模塊化”特征較為明顯，無法參照全封閉組合電器按“套”進行注冊。

可見，行業標準DL/T837-2003中的定義范圍不夠寬泛和嚴謹，評價指標涵蓋面不足，不能完全滿足生產管理的實際需求。

2 設施分類及統計規則改進

2.1 設施分類改進

現行輸變電設施評價規程中對設備的分類按設施功能劃分為架空線路、變壓器、電抗器、斷路器、電流互感器(不含附設于斷路器、變壓器內不作獨立設施注冊的套管型電流互感器)、電壓互感器(含電容式電壓互感器)、隔離開關、避雷器、耦合電容器、阻波器、電纜線路、全封閉組合電器(GIS)、母線共13類。

根據現場設施實際情況和便于可靠性數據的統計、管理，應參照全封閉組合電器的定義、功能對組合電器類設施定義及功能進行界定明確，對其統計單位和分析方法進行改進，同時對涉及到的斷路器、隔離開關兩類設施的功能劃分以及定義進一步明確，劃分可靠性統計中3類設備之間的分界。

2.1.1 斷路器

GB/T2900.20-94《電工術語 高壓開關設備》［2］中對斷路器進行了明確的術語定義：斷路器是指能關合、承載、開斷運行回路正常電流，也能在規定時間內關合、承載及開斷規定的過載電流(包括短路電流)的開關設備；落地罐式斷路器是指滅弧室處在一個接地金屬箱中的斷路器；瓷柱式斷路器是指除滅弧室帶電外其余箱體不帶電的斷路器。GB1984-2003《高壓交流斷路器》［3］中取消了瓷柱式斷路器的定義，代之以“外殼帶電的斷路器”，定義為滅弧室在一個與大地絕緣的箱殼中的斷路器，這與近年來復合絕緣制造技術的發展有關，部分斷路器設備制造企業，已用復合絕緣外套來代替傳統瓷柱式斷路器的瓷套，以降低設備的重量和高度，該類設備不再適合命名為瓷柱式斷路器，但其內部結構和功能與原瓷柱式斷路器并無區別。

按照上述定義，對可靠性統計中，斷路器類設施包含的范圍應進一步明確，斷路器類設施包括外殼帶電的斷路器(瓷柱式斷路器)和罐式斷路器兩種，并且只包括這兩種類型。新型的以PASS、COMPASS、H-GIS等為代表的開關設備，雖然滿足上述定義，但其在功能實現上組合了隔離、接地等相對獨立于斷路器功能之外的更多其他類設施的功能，由于多功能的組合，無法將斷路器功能獨立的拆出進入統計分析。因此，明確這些類型的開關設備在可靠性統計分析中不屬于斷路器類設施，斷路器類設施的統計方法不變。

2.1.2 隔離開關

GB1985-2004《高壓交流隔離開關和接地開關》［4］中規定：隔離開關是指在分位置時，觸頭間有符合規定要求的絕緣距離和明顯的斷開標志；在合位置時，能承載正?；芈窏l件下的電流及在規定時間內異常條件(例如短路)下的電流的開關設備。目前現場使用的以COMPASS為代表的開關設備的隔離部分亦符合上述定義。 但是，由于該類型設備的功能緊湊設計，其隔離功能的實現不再是由隔離開關獨立擁有的部件形成，其部件上往往還承擔著互感器、斷路器的部分部件功能，這種一個部件多種功能的現象，在進行可靠性數據統計和分析的過程中造成了概念和數據的混亂。為避免這種現場的產生，對可靠性統計中隔離開關類設施包含的設備范圍進一步明確：隔離開關類設施只包括敞開式的，具有獨立隔離開關功能的部件組成的隔離開關，使用COMPASS類型緊湊設計的開關設備中形成的敞開式隔離開關，不包含在可靠性統計的隔離開關類設施中。隔離開關類設施的統計方法不變。

2.1.3 組合電器

GB7674-1997《72.5 kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備》［5］中規定：氣體絕緣金屬封閉開關設備(封閉式組合電器)是指全部或部分地采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作絕緣介質的金屬封閉開關設備。隨著設備制造理念和技術的進步，生產現場還出現了一種以COMPASS為代表的緊湊型組合開關設備，該類設備是以瓷柱式或罐式斷路器為基礎，通過與支柱、互感器等其他設備功能的緊湊布置組合，形成集多功能與一體的敞開式組合電器。該類設備不屬于封閉式組合電器的范疇，亦不能簡單歸于斷路器類設施的統計。

為解決上述輸變電設施可靠性管理工作中設施功能劃分范圍的不足，根據對全封閉組合電器類設備的上述分析，以及對斷路器類、隔離開關類設施功能劃分的進一步明確，建議對全封閉組合電器類設施的定義及功能進行調整，將全封閉組合電器類設施改為組合電器類設施，定義為封閉式組合電器以及緊湊型組合開關設備的統稱。

組合電器類設施的具體描述為：封閉式組合電器以及緊湊型組合開關設備的統稱，包括封閉式組合電器和緊湊型組合開關設備兩大類。

封閉式組合電器，即氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS，Gas Insulated Switchgear)，有兩種主要表現形式：(1)將斷路器(CB)、隔離開關(DS)、電流互感器(CT)、電壓互感器(VT)、避雷器(LA)等多種設備以及主母線、分支母線等封裝在各自獨立的氣隔內，組合在一起，除出線套管外，無外露帶電體，典型設備是現在現場運行的GIS和PASS為代表的新型封閉式組合電器；(2)復合式氣體絕緣金屬封閉開關設備(H-GIS，Hybrid Gas Insulated Switchgear)，一種簡化的GIS，將GIS中部分靜態電氣部件如電壓互感器、避雷器、主母線、分支母線，特別是母線部分全部或部分地獨立出氣體絕緣金屬封閉的系統，獨立出的部件通過架空連接線(電纜)與設備的出線套管(電纜倉)相連接。

緊湊型組合開關設備，包括典型組合形式：(1)以罐式斷路器為基礎，將斷路器、隔離開關、電壓和電流互感器等多個功能部件封閉在一個標準模塊內，各種元件氣體連通不分隔室，模塊在工廠預裝，如ABB公司生產的PASS產品；(2)以柱式斷路器為核心，通過緊湊布位，充分利用周邊相連設備自身的結構組成部件，相互配合，將敞開式的隔離開關、接地開關、互感器等設備機械的連接組合在一起，各組成部分均為敞開式的獨立功能設備，如ABB公司的COMPASS產品。

2.2 組合電器類設施統計方法

2.2.1 組合電器的統計單位

根據組合電器類設備功能組成特點、在實際運行中的基本單元范圍拆分習慣以及便于各可靠性指標能夠更真實地反應組合電器實際的可靠性狀況，建議引入“間隔”作為組合電器的統計單位。使用“間隔”的概念，更容易對組合電器的可靠性指標進行統計，能夠更加準確地反應組合電器真實的可靠性能。

由于組合電器的多樣性，其“間隔”的定義描述也有所差別。對于第一類封閉式組合電器中的GIS，間隔定義為：封閉式組合電器的部分或全部，由共同完成某一運行功能的各隔室及其內部的電氣元件組成。按照間隔實現的運行功能一般可分為進/出線間隔、母線間隔、母線PT間隔、母聯間隔、分段間隔等，以不同間隔之間相鄰隔室結合面的氣隔型絕緣子以及間隔主控柜端子排為界，規定該氣隔型絕緣子屬于電源側隔室的一個元件。其中，進/出線間隔包括完成進/出線功能的全部元件及其附件，如套管(電纜倉、封閉線路)、避雷器、PT、隔離開關、斷路器、CT、分支母線、間隔主控柜等主要功能元件；母線間隔一般是指主母線，一段母線可由氣隔型絕緣子分隔成幾個隔室，只要未設置分段間隔，都屬于一個母線間隔；母線PT間隔是指與母線間隔相連的，具有PT功能的獨立隔室，包括PT隔離刀閘；母聯/分段間隔是指實現母線間電氣連接和分開或母線(或其他間隔)分段功能的隔室，包括斷路器、隔離開關等隔室。

對于第一類封閉式組合電器中的H-GIS，間隔定義為：通過盆式絕緣子及殼體連續封閉連接的多個隔室，間隔之間、間隔與電網系統或其它設備間，通過架空線、電纜等方式進行連接。

對于第二類緊湊型組合開關設備，間隔定義為：設備全部功能單元的空間組合結構，與其他緊湊型組合開關設備、電網系統其它設備之間，通過架空線、電纜等方式進行連接。

為保持統計的連續性，在組合電器中可繼續保留“套”的概念，符合套概念的多個間隔的組合，形成1套組合電器，與電網系統和其他設備通過架空線、電纜或封閉線路等方式進行連接。一般情況下，一個間隔的 H-GIS、PASS或 COMPASS，就能夠形成1套組合電器。

2.2.2 組合電器的評價指標與計算公式

組合電器元件指標與計算公式。組合電器的統計間隔年數計算和折算公式不變，投運當年統計期間不滿1年的按實際投運時間折算。

1)單元件指標

可用系數

我們走在什么地方了。我留心看。小菜場。她恐怕快要到了。我應當不失了這個機會。我要曉得她更多一些，但要不要使我們繼續已斷的友誼呢？是的，至少也得是友誼？還是仍舊這樣地讓我在她的意識里只不過是一個不相識的幫助女子的善意的人呢？我開始躊躇了。我應當怎樣做才是最適當的?

計劃停運率

非計劃停運率

2)單間隔組合電器內部同類元件綜合指標

可用系數

計劃停運率

非計劃停運率

某間隔組合電器的指標：

可用系數

式中：“計?！睘橛媱澩＿\；“非計?！睘榉怯媱澩＿\。

計劃停運率

非計劃停運率

多間隔組合電器的指標：

可用系數

計劃停運率

非計劃停運率

3 結論

進一步明確可靠性統計中斷路器類設施包括外殼帶電的斷路器(瓷柱式斷路器)和罐式斷路器兩種，并且只包括這兩種類型。新型的以PASS、COMPASS、H-GIS等為代表的開關設備，在可靠性統計分析中不屬于斷路器類設施。斷路器類設施的統計方法不變。

進一步明確可靠性統計中隔離開關類設施只包括敞開式的，具有獨立隔離開關功能的部件組成的隔離開關。使用COMPASS類型緊湊設計的開關設備中形成的敞開式隔離開關，不包含在可靠性統計的隔離開關類設施中。隔離開關類設施的統計方法不變。

建議對全封閉組合電器類設施的定義及功能進行調整。將全封閉組合電器類設施改為組合電器類設施，定義組合電器為封閉式組合電器以及緊湊型組合開關設備的統稱。包括兩大基本類型：一是封閉式組合電器，即氣體絕緣金屬封閉開關設備，典型設備是現在現場運行的GIS和PASS為代表的新型封閉式組合電器，以及H-GIS；二是緊湊型組合開關設備，典型組合形式為ABB公司生產的PASS產品和COMPASS產品。

建議引入“間隔”做為組合電器的統計單位。對于第一類封閉式組合電器中的GIS，間隔是指封閉式組合電器的部分或全部，由共同完成某一運行功能的各隔室及其內部的電氣元件組成；對于第一類封閉式組合電器中的H-GIS，間隔是指通過盆式絕緣子及殼體連續封閉連接的多個隔室，間隔之間、間隔與電網系統或其它設備間，通過架空線、電纜等方式進行連接；對于第二類緊湊型組合開關設備，間隔是指設備全部功能單元的空間組合結構，與其他緊湊型組合開關設備、電網系統其它設備之間，通過架空線、電纜等方式進行連接。

為保持統計的連續性，在組合電器類設施中可繼續保留“套”的概念，套由符合套概念的多個間隔的組合，與電網系統和其他設備通過架空線、電纜或封閉線路等方式進行連接。一般情況下，一個間隔的H-GIS、PASS或COMPASS，就能夠形成1套組合電器。

組合電器的評價指標與計算公式按照“間隔”為基本統計單位，在原“全封閉組合電器”評價指標和計算公式基礎上進行修正和調整，繼續保留“套”的有關指標和計算公式，按照“間隔”為單位進行修正。