3/2隔離開關（雙斷口）母線環形接線研究與應用分析

洪志鵬

3/2隔離開關（雙斷口）母線環形接線研究與應用分析

洪志鵬

（四川電力設計咨詢有限責任公司，成都 610041）

針對雙母線接線開關元件偏多的問題，受3/2斷路器接線啟發，本文提出3/2隔離開關母線環形接線。在雙母線接線的氣體絕緣金屬封閉開關（GIS）設備擴建中，做交流耐壓試驗時要停雙母線，本文引入雙斷口隔離開關，即采用一種全新的3/2隔離開關（雙斷口）母線環形接線，實現原運行線路不停電擴建。

3/2隔離開關；雙斷口；停電檢修；可靠性評估分析

0 引言

220kV電壓等級通常采用雙母線或雙母線分段接線方式，此接線方式開關元件偏多，不能實現電源和負荷的靈活分配及同名回路布置在不同段母線的要求，檢修可靠性及調度靈活性偏弱；同時雙母線接線的氣體絕緣金屬封閉開關（gas insulated switchgear, GIS）[1]設備擴建時，在做交流耐壓試驗時要停母線，為此引入雙斷口隔離開關解決停雙母線的問題。

1 原因分析

采用SSRE-TH軟件進行3/2隔離開關母線環形接線可靠性評估[2]。

1.1 接線形式分析比較

根據DL/T 5218—2012《220kV～750kV變電站設計技術規程》中規定[3]，220kV變電站中的220kV配電裝置，當出線和變壓器等連接元件總數為15回及以上時，宜采用雙母雙分段接線。例如變電站220kV配電裝置最終進出線20回，220kV配電裝置采用雙母雙分段接線，對應電氣主接線如圖1所示。

本文提出一種全新接線形式，采用四段母線環形接線，進（出）線通過3組隔離開關與母線聯絡，類似于3/2斷路器接線。220kV 3/2隔離開關母線環形接線示意圖如圖2所示。

1.2 靈敏度分析

單串3/2隔離開關母線環形接線示意圖如圖3所示。具體分析如下：正常運行時，中隔離開關處于斷開狀態，Ⅰ母帶出線1，Ⅱ母帶出線2，當出線1檢修或故障時，出線1斷路器斷開，靠Ⅰ母隔離開關拉開，Ⅰ母不停電，出線2及Ⅱ母均可不停電，可實現同名回路不同時停電檢修，當出線2檢修或故障時同理。

圖1 220kV雙母線雙分段接線示意圖

圖2 220kV 3/2隔離開關母線環形接線示意圖

圖3 單串3/2隔離開關母線環形接線示意圖

當任何一段母線檢修或故障時，檢修母線或故障母線上的回路短時停電，3/2隔離開關母線環形接線和雙母線雙分段一樣，可以通過母線側隔離開關分閘和轉移隔離開關合閘來實現倒閘操作，將檢修母線或故障母線上的回路轉移到運行母線上恢復供電。

當出線1擴建時，靠Ⅰ母邊隔離開關前期上齊，處于常開狀態，考慮擴建做交流耐壓試驗，Ⅰ母要停電，串內出線2要停電，Ⅱ母可帶電，其他接在Ⅰ母的出線可通過中隔離開關倒閘至另外一段母線運行，當出線2擴建時同理；雙母線雙分段在擴建出線時，待擴建段出線上的雙母線均要停電，因此，3/2隔離開關母線環形接線優于雙母線雙分段接線。

綜上可知，3/2隔離開關母線環形接線比雙母線雙分段接線的檢修及調度靈活性更好。

1.3 分析計算

1）計算條件[4-6]

（1）復雜斷路器模型，考慮開關動作次數及線路、機組故障率對其可靠性數據的影響。

（2）斷路器故障判定時間為0.5h。

（3）隔離開關重合閘時間為0.1h。

（4）斷路器拒動和繼電保護誤動概率為0.5%。

（5）斷路器操作次數為24次/年。

（6）進線側操作次數為24次/年。

（7）線路平均長度為240km。

（8）線路故障率為0.133 4次/（百km·年）。

2）計算原始數據

計算時選擇設備可靠性參數的基本思路是：確定變壓器、斷路器、隔離開關、架空線、母線等5類數據的5個基本參數，即主動性故障率、平均修復時間、檢修率、檢修平均時間、元件價格。

220kV設備采用GIS設備，采用GIS元件可靠性參數進行計算。計算用元件可靠性參數見表1。

表1 計算用元件可靠性參數

3）電氣主接線評估指標

（1）可靠性指標

故障概率、停電頻率、期望故障受阻電能是關注度比較高的三個指標，分別反映了故障頻次的多少、停電時間的長短及造成停電損失的大小。可靠性指標見表2。

（2）經濟性指標

靜態總投資：電氣設備投資費用的總和。根據用戶要求可選擇現值或等年值。設備投資等年值的計算公式為

式中：0為設備投資；0為投資收益率；為評估年限。

表2 可靠性指標

運行費用：包括電能損失、檢修、維護、折舊費等，可按投資額的比率計算或根據實際工程確定。折算年的運行費用為

可靠性成本（停電損失）：可通過直接的電度量損失計算直接損失或根據產電比計算間接損失。根據產電比理論，將變電站的年停電損失電能，轉化成為經濟指標，即停電損失折合費用。該值反映了可靠性水平的經濟價值，可靠性高，停電損失小；可靠性低，停電損失就大。停電損失折合費用為

1··EENS （3）

式中：為電廠的功率因數；為產電比；EENS為期望電能損失。

綜合經濟指標為上述三部分經濟指標的總和，即1，在SSRE-TH主接線可靠性評估軟件中能夠對上述經濟指標進行全面評估，然后用于主接線經濟性的比較分析。

4）累計可靠性指標

累計可靠性指標計算結果見表3。根據計算結果可知，3/2隔離開關母線環形接線的可靠性比雙母線雙分段接線略高。

5）經濟性指標

3/2隔離開關母線環形接線的經濟性定量分析，采用表4的設備價格數據。

表3 累計可靠性指標計算結果

表4 經濟性指標的設備價格數據　單位: 萬元/臺

經濟性指標計算中的有關參數取值為：產電比（定義為單位電能產生的社會效益，即停電造成的單位社會損失費用值）10元/（kW·h）；電價0.5元/（kW·h）；投資折現率8%；變電站經濟使用壽命30年；年運行費用率2.5%。

采用上述經濟性數據和可靠性指標計算結果，可得到經濟性指標見表5。

表5 遠景4變16線經濟性指標　單位: 萬元/年

由表5可知，投資費用占經濟指標的主體，其次是與可靠性對應的停電損失折合費用，然后是運行費用。從綜合年費用指標來看，由于3/2隔離開關母線環形接線投資少，其經濟性指標優。經濟性指標與可靠性有密切關系，具體而言，是EENS可靠性指標和產電比參數的選取影響了相應的停電損失折合費用的大小，從而會改變綜合經濟性指標的結果。

1.4 計算結果分析

根據以上各表數據，累計可靠性指標的比較分析：從故障概率指標來看，3/2隔離開關母線環形接線比雙母線雙分段接線略優；從EENS指標來看，3/2隔離開關母線環形接線比雙母線雙分段接線 略優。

3/2隔離開關母線環形接線比雙母線雙分段接線檢修及調度靈活性更好。

經濟性指標的比較分析：3/2隔離開關母線環形接線與雙母線雙分段接線相比，終期減少28組隔離開關，節省設備投資約300萬元，二次設備投資也與之相當。因此，3/2隔離開關母線環形接線的經濟性優于雙母線雙分段接線。

2 應對擴建停電措施

2.1 雙斷口隔離開關優點分析

3/2隔離開關（雙斷口）母線環形接線就是將母線間的隔離開關升級為雙斷口隔離開關，能減少擴建停電，雙斷口隔離開關優點[7-8]如下：

1）雙斷口隔離開關的兩個斷口分別能滿足單斷口的絕緣要求，即任何一個斷口均能滿足運行電壓或試驗電壓的耐壓要求[9-10]。兩個斷口組合，能承受最極端的電壓情況，即運行電壓和試驗電壓之和。

2）在動觸頭中間設置一組軸向布置的接地開關，能保證在一個斷口發生絕緣擊穿的時候，不至于影響母線的正常運行，不擴大事故范圍。

3）雙斷口母線隔離開關的GIS設備可以不停電擴建。雙斷口隔離開關的兩個斷口組合，能承受運行電壓和試驗電壓之和，擴建工程實施時，將需要擴建的間隔與母線隔離開關設備進行對接安裝和交流耐壓試驗，安裝和交流耐壓試驗過程中母線均可以保持正常帶電運行。

4）采用雙斷口母線隔離開關的GIS設備完全適用于現有國內主流廠家設備接口，具有普遍適用性。

2.2 雙斷口隔離開關位置分析

3/2隔離開關（雙斷口）母線環形接線共3種，三種接線形式對比見表6。

根據表6比較，三種接線形式可靠性相當，3/2隔離開關（中隔離開關帶雙斷口）母線環形接線只需停一段母線，其他出線可以通過中隔離開關倒閘至另外一段母線運行，可以實現不停電擴建；3/2隔離開關（邊-邊隔離開關帶雙斷口）母線環形接線擴建不但要停待擴建串內已上出線，而且雙斷口隔離開關比3/2隔離開關（中隔離開關帶雙斷口）母線環形接線多1組，單串設備投資貴約6萬元；3/2隔離開關（邊-中-邊隔離開關帶雙斷口）母線環形接線擴建雖然可不停電，但雙斷口隔離開關比3/2隔離開關（中隔離開關帶雙斷口）母線環形接線多2組，單串設備投資貴約12萬元；因此3/2隔離開關（中隔離開關帶雙斷口）母線環形接線不但經濟效益好，而且技術上靈活可靠，檢修擴建方便。

表6 三種接線形式對比

3 結論

通過采用SSRE-TH軟件，對3/2隔離開關母線環形接線與雙母線雙分段接線進行可靠性評估與對比可知，3/2隔離開關母線環形接線比雙母線雙分段接線檢修及調度靈活性更高，經濟性也更好，具體表現在：

1）終期減少30組隔離開關，節省設備投資約300萬元，對應二次設備配置及投資與雙母線雙分段接線相當。

2）可以實現電源和負荷的靈活分配，同名回路布置在不同段母線，提高供電可靠性，減少倒閘 操作。

3）當任何一段母線檢修或故障停運時，母線上的回路停電，可以通過母線側隔離開關分閘和轉移隔離開關合閘來實現倒閘操作，將檢修母線或故障母線上的回路轉移到運行母線上恢復供電。

4）任何一段母線故障或者檢修時，4臺主變可正常運行。

5）中隔離開關引入雙斷口，能解決及避免今后GIS設備擴建雙母線全停的問題，只需停其中擴建段母線，其他出線可以通過中隔離開關倒閘至另一段母線運行，實現原運行線路不停電擴建。

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Research and application analysis of 3/2 isolating switch (double break) bus ring wiring

HONG Zhipeng

(Sichuan Electric Power Design ＆ Consulting Co., Ltd, Chengdu 610041)

In view of the excessive number of switching elements in the double busbar connection, inspired by the 3/2 circuit breaker connection, this paper proposes the 3/2 isolating switch bus ring connection. In the expansion of the double busbar connection gas insulated switchgear (GIS) equipment, the double busbar should be stopped when the AC withstand voltage test is performed, so this paper introduces double-break isolating switch, which is a new 3/2 isolating switch (double-break) bus ring wiring, to realize the uninterrupted expansion of the original operation line.

3/2 isolating switch; double break; power failure overhaul; reliability evaluation analysis

2021-08-16

2021-09-03

洪志鵬（1979—），男，湖北省赤壁市人，本科，高級工程師，主要從事電力系統發變電工程設計工作。