智能化隔離斷路器的應用與變電站設計優(yōu)化

吳星

(國網(wǎng)福建省電力有限公司泉州供電公司,福建泉州 362000)

智能化隔離斷路器的應用與變電站設計優(yōu)化

吳星

(國網(wǎng)福建省電力有限公司泉州供電公司,福建泉州 362000)

本文通過對隔離式斷路器(DCB)及其優(yōu)點的的介紹,提出用智能化DCB替代傳統(tǒng)的由斷路器、隔離開關,電流、電壓互感器等設備組成的變電站220kV、110kV配電裝置間隔,優(yōu)化變電站配電裝置主接線和總平布置。

智能化隔離式斷路器 電氣主接線 總平布置 優(yōu)化

1 智能化隔離式斷路器的應用

1.1 隔離式斷路器的定義

根據(jù)2005年10月發(fā)布的DCB標準IEC62271-108：“DCB即具有隔離開關功能的斷路器，當觸頭在分閘位置時，這種斷路器可以實現(xiàn)隔離開關的功能。”對應國標GB/T27747-2011已于2009年完成，2011年發(fā)布。國內(nèi)的一些開關廠也進行了開發(fā)研究，一些產(chǎn)品逐漸投入使用。目前，已經(jīng)有大量的DCB產(chǎn)品投入電力系統(tǒng)進行商業(yè)運行。

1.2 選用隔離式斷路器的目的

圖1

圖2 傳統(tǒng)的間隔方式

圖3 使用一臺智能化DCB代用

歷史上來看，間隔設計的目的是盡可能將斷路器隔離開以便于維護。這是基于斷路器在當時比隔離開關的故障率要高很多。一般的斷路器維護周期是1-2年，而隔離開關的維護周期能達到4-5年。

在實際的應用中，由于隔離開關的觸頭外露，在運行中容易受到雨水、污染氣體的腐蝕，提供觸頭壓力的彈簧部件容易受到腐蝕而彈力衰退；觸頭表面受到腐蝕氧化而導致接觸電阻增加。在冬天，觸頭還可能由于冰凍而是觸頭凍住影響操作。一些隔離開關的傳動部件容易因為缺少潤滑、腐蝕等原因而發(fā)生傳動卡滯。因此，處于敞開式運行的隔離開關，相對于密封運行的開關設備，其故障率要明顯高于處于密封運行的斷路器。

相對而言，近二十年，SF6斷路器在110KV以上系統(tǒng)得到廣泛的應用。特別是在采用彈簧操作機構的自能滅弧SF6斷路器，因結構簡單、功能緊湊，其運行可靠性已經(jīng)達到很高的水平。經(jīng)過GPMS系統(tǒng)的統(tǒng)計，110KV以上斷路器的可靠性指標為20a，隔離開關的可靠性指標為5a，由此可見隔離開關的可用系數(shù)已經(jīng)遠遠低于斷路器的可用系數(shù)，為檢修斷路器而設置的隔離開關已經(jīng)成為影響間隔正常使用的一個制約因素。近年，一種集成傳統(tǒng)斷路器、隔離開關、電子式電流互感器的電氣設備逐漸成熟應用，這就是隔離式斷路器(Disconnecting Circuit Breakers，簡稱DCB)。

1.3 隔離式斷路器(DCB)的主要組成

隔離式斷路器以傳統(tǒng)式斷路器為基礎進行集成優(yōu)化，一臺隔離式斷路器至少集成了一臺斷路器和一臺隔離開關的功能，傳統(tǒng)隔離開關的功能通過DCB滅弧室觸頭來實現(xiàn)，從而實現(xiàn)兼?zhèn)涓綦x開關功能的斷路器。隔離式斷路器具有三個位置，分別為合閘位置、分閘位置、隔離開關位置。隔離式斷路器的斷路器敞開位置觸頭可作為隔離開關敞開位置觸頭，滿足了隔離開關的功能要求，為檢修線路提供可靠地斷點。由于沒有外漏觸頭，其維護周期可達15年以上。

此外，隔離室斷路器除了集成隔離開關外，還可以集成接地刀閘和電子式電流、電壓互感器，通過一體化制造將一、二次設備高度集成，實現(xiàn)功能組合，節(jié)約土地和投資。

1.4 隔離式斷路器的智能化

根據(jù)智能電網(wǎng)對于設備狀態(tài)可視化的要求，在隔離斷路器的設計和制造中，實現(xiàn)了與在線監(jiān)測裝置的深度融合，對設備狀態(tài)進行監(jiān)測，提升了設備可靠性，實現(xiàn)了設備功能智能化。通過系統(tǒng)的集成和一體化制造，智能化的隔離式斷路器可以包含一臺斷路器、一組隔離開關、一組接地刀閘、一組電流互感器、一組電壓互感器。從總體上說，智能化隔離式斷路器突出體現(xiàn)以下幾個優(yōu)點(圖1）：

將電子式互感器集成與斷路器本體實現(xiàn)一體化的工廠制造，取消變電站內(nèi)獨立電流互感器，節(jié)省土地。

通過斷路器同步控制器，控制開合時間，消除暫態(tài)電流或電壓，實現(xiàn)開斷或關合的智能控制技術，實現(xiàn)智能滅弧，減少對系統(tǒng)沖擊，提高電能質(zhì)量。

表1 主接線優(yōu)化前后對比方案表

圖4 優(yōu)化后220kV側電氣主接線

圖5 優(yōu)化后110kV側電氣主接線

圖6 典設方案220kV配電裝置平面布置圖

采用新結構與新工藝，實現(xiàn)斷路器和互感器之間、隔離式斷路器和智能組件間的深度融合，對SF6氣體壓力、密度以及斷路器機械特性進行在線檢測，提高設備可靠性。

“宇晴姐我嗆了好多水，好在湖水溫溫的、清清的，喝下去也是甜甜的。”上官星雨拉宇晴的手，又去摸小鯤，她手上還有那塊立下不小功勞的玉玦呢。

通過智能化DCB的深度集成，在一個間隔中，元件得到大幅度的簡化，如圖2為傳統(tǒng)式的元件配置，圖3一臺智能化DCB即可代用左邊的系列設備。

2 采用智能化DCB優(yōu)化配電裝置主接線和總平布置

由于智能化隔離式斷路器內(nèi)部集成了斷路器、接地開關、電流互感器、電壓互感器等元件，斷路器的觸頭兼具斷路器和隔離開關的雙重功能，且?guī)Ь€路側接地刀閘，因此取消線路側隔離開關，同樣能滿足線路(或主變壓器)檢修時的需要。隔離斷路器設備可靠性較高，接近于GIS設備的可靠性水平，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品設計檢修周期可達到20年，若按變電站設計周期40年來算，在整個變電站運行期內(nèi)，每臺隔離斷路器僅需檢修1次；并且隔離斷路器能與母線同時檢修，因此，可取消母線側隔離開關。可見，隔離斷路器設備的采用，極大簡化了主接線型式。

根據(jù)以上思路，我們以國網(wǎng)220kV變電站典設方案220-C-1(10)為樣本，將隔離式斷路器、110kV氣體絕緣母線應用于該站，并在此基礎上對該站的主接線和總平面進行合理優(yōu)化，以達到提高運行可靠性、降低維護工作量、優(yōu)化占地面積、節(jié)能經(jīng)濟環(huán)保的目的。

2.1 主接線方案優(yōu)化

國網(wǎng)典設220-C-1(10)方案(以下簡稱典設方案)的終期建設規(guī)模為主變壓器3臺180MVA；220kV出線6回；110kV出線12回(表1）。

優(yōu)化后220kV主接線采用雙母線接線，采用隔離式斷路器，取消主變及線路出線側隔離開關，共9組，見圖4；110kV主接線雙母線接線優(yōu)化為單母線三分段接線，取消主變及線路出線、母線側隔離開關，共15組，見圖5。(優(yōu)化前接線圖見國網(wǎng)典設220-C-1(10)方案)。

2.2 配電裝置布置優(yōu)化

圖7 優(yōu)化后220kV配電裝置平面布置圖

圖8 典設方案110kV配電裝置平面布置圖

圖9 優(yōu)化后110kV配電裝置平面布置圖

2.2.1 220kV配電裝置

采用了新型的隔離斷路器優(yōu)化后，220kV配電裝置采用雙列布置，每個間隔的尺寸從原有的13米優(yōu)化到11．5米，相間距離由原來的3．5米，減少3．0米，共6個間隔，寬度尺寸由原來的143縮減為69米；兩條主母線為管型母線，母線的相間距離由原來的3．5米，優(yōu)化為2．5米，經(jīng)優(yōu)化后，220kV配電裝置雙列布置的縱向長度43米，比方案一的220kV配電裝置單列布置還減少了11米。見圖7對比可知，優(yōu)化后的220kV配電裝置的占地面積較小，只有3827m2，只有典設方案的44．3%，共節(jié)約占地面積4813m2(約7．2畝)。

2.2.2 110kV配電裝置

典設方案：配電裝置采用雙母線接線方式，母線支架為7米高的T型架，相間距離1．6米，110kV配電裝置布置于母線下方，配電裝置采用單列布置，設備母線套管通過導線直接與母線連接。每個間隔的出線間隔采用寬度為8．0米，間隔總的寬度共8x17=136米。見圖8。

優(yōu)化方案：配電裝置采用單母線三分段接線，主母線采用結構緊湊、防護等級高、使用壽命長、免維護的氣體絕緣母線(GIB)，110kV設備采用雙列布置，分別布置在主母線的兩側，主母線套管通過導線直接與各間隔設備連接。每個間隔的出線間隔采用寬度為7m的兩跨聯(lián)合架構。配電裝置間隔總寬度尺寸由原來的136縮減為70米，縱向深度由原來的37．5米縮減為16．5米。見圖9。

對比可知，優(yōu)化后的110kV配電裝置的占地面積較小，只有1442m2，只有典設方案的24%，共節(jié)約占地面積4558m2(約6．8畝)。

3 結語

采用智能化隔離式斷路器，取消了很多獨立的隔離開關和互感器，簡化了變電站布局，降低了安裝、維護、維修成本，且隔離式斷路器設計檢修周期不大于20a，其故障率遠小于傳統(tǒng)隔離開關，降低了整個變電站設備的全壽命周期費用。

智能化隔離式斷路器整合了隔離開關、接地刀閘、電流、電壓互感器的功能，應用于變電站220kV和110kV系統(tǒng)中，簡化了變電站主接線，縮小了占地面積。同時還節(jié)省了大量鋼材，減少了變電站設備基礎及相應的土建工作量，縮短了安裝調(diào)試時間。智能化隔離式斷路器的應用，對于變電站的建設和運維，將具有革命性的意義。

[1]彭鵠,田娟娟,陳燕,閆培麗,史京楠.重慶大石220kV新一代智能變電站優(yōu)化設計[J].電力建設,2013,34(7):30-36.

[2]李勁彬,阮玲,陳雋.應用于新一代智能變電站的隔離斷路器[J].電力建設,2014,35(1):30-34.

吳星(1969—),男,福建泉州人,本科,工程師,主要研究方向:智能電網(wǎng)電力設備。