基于雙斷口母線隔離開關的GIS設備不停電擴建技術分析

宋昭

（湖北省電力勘測設計院，湖北 武漢 430040）

GIS設備因在節約用地、簡化運維等方面有顯著的優越性，在城市電網建設中已經大量應用。隨著供電負荷不斷提升及電網優化的需求，GIS設備的改擴建工程逐漸增多。同時，隨著一批早期投運的GIS設備運行年限的增長，也進入維修周期。

1 交流耐壓試驗母線隔離開關斷口電壓分析

針對GIS設備間隔進行不停電交流耐壓試驗的情況來進行分析。此時假設Ⅰ母線和Ⅱ母線均帶電運行，同電壓等級的GIS設備不停電。此時，試驗時直接通過套管對擴建的間隔進行加壓。隔離開關DS1、DS2都斷開，接地開關ES3斷開，斷路器CB閉合。在試驗過程中，隔離開關DS1和DS2斷口兩端承受的電壓為運行母線相電壓和耐壓試驗電壓差（向量差）。

1.1 試驗電壓和運行電壓頻率相位均不同

如果試驗電壓和運行電壓頻率相位不同，則_隔離開關斷口電壓：

ΔU=U1?U2=1sin(ω1t??1)?2sin(ω2t??2)

一般情況下試驗電壓的頻率在30～100Hz之間，即30Hz＜f1＜100Hz，那么肯定存在一個t，取使U1最大值，U2取最小值， ΔUmax=U1+U2)，此時隔離開關承受電壓為最極端的情況，即試驗電壓剛好和母線運行電壓相位反相（峰值時相位差180°），隔離開關斷口上承受的電壓為試驗電壓與母線運行電壓幅值之和，如圖1（a）所示，隔離開關斷口上所承受的電壓最大，則將導致隔離斷口突然擊穿而危及正在運行的設備。

1.2 試驗電壓和運行電壓頻率相同，相位不同

如果試驗電壓和母線運行電壓頻率相同，相位不一致，即ω1= ω2=ω0，?1≠ ?2，此時隔離開關斷口上的電壓為：

ΔU=U1?U2=1sin(ω0t??1)?2sin(ω0t??2)

圖1 斷口上的電壓波形示意圖

1.3 試驗電壓和運行電壓頻率相位均相同

如果試驗電壓和母線運行電壓頻率、相位相同，即處于同頻同相試驗狀態下時，此時為便于計算，設?1=?2=0且ω1= ω2=ω0，則在隔離開關斷口上的電壓為：

此時隔開開關斷口上電壓與試驗電壓和運行電壓一起變化，且當隔離開關斷口上電壓為試驗電壓與運行電壓幅值之差，如圖1（b）所示（其中U1為耐壓試驗電壓，U2為母線運行電壓），其上所承受的電壓最低，斷口處將不會出現擊穿的情況。

2 解決GIS交流耐壓試驗母線陪停問題的方法

通過分析GIS設備母線隔離開關斷口電壓產生的原因及大小，可以得出不停電進行交流耐壓試驗的解決方法。

一是采用與工作電壓同頻同相交流的試驗電壓。通過上面的分析我們可以發現，在對GIS設備進行現場不停電交流耐壓試驗時，只要試驗電壓和運行電壓頻率相位不一致，在試驗過程中必然出現試驗電壓疊加反向運行電壓，使隔離斷口出現電壓最大的情況，因此傳統的試驗方法不能滿足運行部分帶電進行交流耐壓試驗的條件。二是提高母線隔離開關斷口的耐壓值。受制于GIS設備尺寸的限制，傳統的通過增加隔離斷口開距的方法并非最有效的解決方法。目前一種基于雙斷口母線隔離開關的GIS不停電擴建模塊已經通過型式試驗的驗證，正式產品即將發布。

3 基于雙斷口母線隔離開關的GIS設備不停電擴建技術

綜上分析，為滿足GIS間隔擴建交流耐壓試驗時不停母線的需求，需研發一種新型的GIS不停電擴建設備，即能保證擴建過程中以及交流耐壓試驗時對原GIS設備不需停電，又能夠降低對接安裝過程中對接新舊SF6氣室的風險，有效節省擴建工期，提高施工效率，避免由于母線停電帶來的各種損失。

3.1 具有接地聯動功能的雙斷口隔離開關設備介紹

目前常規的隔離開關只有一個斷口，當隔離開關氣室內的氣體密度下降、氣體含水量上升或者操作次數增多后導致氣室內含有懸浮的金屬粉末等，均會直接影響隔離開關的絕緣性能。即使上述情況未發生，由于交流耐壓試驗導致的隔離開關斷口電壓上升也有可能導致隔離開關在試驗過程中發生絕緣擊穿。

一種雙斷口的隔離開關設備能從根本上解決傳統隔離開關帶來的問題。雙斷口隔離開關包括動觸頭座、一對動觸頭和一對靜觸頭。動觸頭座設在隔離開關腔體的中部；一對靜觸頭分別設在動觸頭座的相對兩旁；一對動觸頭設在所述的動觸頭座內部且能從相對方向伸出動觸頭座與對應的靜觸頭接觸配合。

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。分析交流耐壓試驗時母線隔離開關斷口承受的最大電壓ΔUmax=(U1+U2)，隔離開關斷口上承受的電壓為試驗電壓與母線運行電壓幅值之和。

3.2 GIS設備不停電擴建設備建設方案

基于雙斷口母線隔離開關的GIS設備不停電設備其最大的優點為：在雙母線的布置方式中，每間隔僅需要一個集成的模塊來代替傳統的母線隔離開關，即可保證GIS母線在擴建施工以及耐壓試驗全過程均不停電且安全可靠的運行。其實現的基本方法如下。

（1）在一期新建工程中，安裝備用間隔的雙斷口母線隔離開關設備。如果在新建過程中已經安裝了雙斷口的母線隔離開關設備（母線也隨隔離開關上齊），就可以在擴建安裝工程中不停電。

（2）雙斷口母線隔離開關設備安裝完成后，雙母線均可正常帶電運行。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。

擴建間隔與母線隔離開關設備對接安裝的具體步驟如下：①將第一～第五氣室內充入額定壓力的SF6氣體。氣室分布圖詳見圖2。②將DDS1、DDS2操作為分閘狀態，ES1、ES2操作為合閘狀態。③將ES3操作為合閘狀態。④將第二氣室、第四氣室的氣體氣壓從額定氣壓降低為安全氣壓。同時回收第五氣壓的氣體，至大氣氣壓。⑤拆開預留擴建端的密封蓋進行擴建間隔的安裝。⑥安裝完成后，將第二、第四及第五氣室的SF6氣體壓力補充到額定壓力。⑦將ES1、ES2、ES3操作為分閘狀態，將DDS1、DDS2操作為合閘狀態。擴建間隔與母線隔離開關模塊對接安裝工作全部完成。擴建間隔的交流耐壓試驗具體步驟如下。

圖2 雙斷口母線隔離開關的GIS設備交流耐壓試驗接線示意圖

第一，將第一至第五氣室內充入額定壓力的SF6氣體。對擴建間隔也充入額定壓力的SF6氣體。第二，保持間隔斷路器（CB）為分閘狀態，將DDS1、DDS2操作為分閘狀態。第三，將ES1、ES2操作為合閘狀態，保持ES3、FES為分閘狀態。操作CB為合閘狀態。第四，通過交流耐壓試驗裝置與擴建的間隔出線端套管連接，進行現場交流耐壓交接試驗。第五，交接試驗完成過后，拆除與試驗裝置的連線。第六，將ES1、ES2、ES3操作為分閘裝置。將DDS1、DDS2操作為合閘狀態。將CB操作為合閘裝置。擴建間隔即完成正常帶電投運。

3.3 GIS設備不停電擴建設備在本工程中的應用前景

基于雙斷口母線隔離開關的GIS設備不停電設備的優勢能在變電站擴建時體現出。其適用于在任意電壓等級、任意接線的GIS變電站，尤其適用于雙母線變電站。

4 結語

目前國內已經有廠家研制出220kV GIS雙母線雙斷口隔離開關，而且已經通過了產品的型式試驗驗證，該模塊可大幅度降低GIS氣室在母線對接安裝過程中的作業風險，大幅節省SF6氣體的充放處理時間，有效提高工作效率。