氣體絕緣金屬封閉開關設備不停電檢修與擴建研究

楊宏波 王楚雄 池慧清 何昌勇

上海西門子高壓開關有限公司 上海 200245

1 研究背景

氣體絕緣金屬封閉開關設備以占地面積小、可靠性高、配置靈活等優(yōu)點備受用戶青睞,同時也存在檢修和擴建困難等問題。氣體絕緣金屬封閉開關設備具有全封閉、布置緊湊等特點,在檢修或拆卸一個模塊時,往往會影響其它模塊甚至整個電站運行。

隨著近年來機場、地鐵、大數(shù)據(jù)中心等關乎國計民生的行業(yè)對氣體絕緣金屬封閉開關設備的大量使用,如何確保這些氣體絕緣金屬封閉開關設備在檢修或擴建時不影響正常供電,成為業(yè)主與氣體絕緣金屬封閉開關設備廠商高度關注的問題。國際電工委員會標準IEC 62271-203在2011年修訂版中首次提出了服務持續(xù)性的概念,即氣體絕緣金屬封閉開關設備在售后服務時要確保電站的持續(xù)運行。

筆者從氣體絕緣金屬封閉開關設備的特點出發(fā),對氣體絕緣金屬封閉開關設備的不停電檢修與擴建進行研究,對接線方式選取、結(jié)構(gòu)設計、現(xiàn)場安裝與試驗進行分析,并給出指導意見。

2 接線方式選擇

66 kV及以上電壓等級變電站的接線方式一般分為線變組接線、單母線接線、雙母線接線、橋型接線、單母線分段接線、雙母線分段接線、一個半斷路器接線等,主接線方式是擴建和檢修是否停電的先決條件。

雙母線接線具有兩組主母線,各回路通過一臺斷路器和兩臺隔離開關分別與兩組母線同時相連,兩組母線之間通過母聯(lián)斷路器相連,有三種運行方式:① 所有進出線回路都連接在同一組母線上,另一組母線為備用;② 進出線回路分別連接在兩組母線上,母聯(lián)斷路器斷開;③ 進出線回路分別連接在兩組母線上,母聯(lián)斷路器閉合。雙母線接線因為具有供電可靠、調(diào)度靈活、便于擴建和試驗等特點,成為不停電擴建檢修的首選接線方式。

一個半斷路器接線具有兩組主母線,通過三臺串聯(lián)的斷路器相連,中間一臺斷路器為聯(lián)絡斷路器。三臺斷路器控制兩回支路,具有較高的供電可靠性和靈活性。除聯(lián)絡斷路器故障時與其相連的兩回支路需要停電外,任意一組主母線故障或檢修,或兩組主母線同時故障,都不需要停電。在這種接線方式中,隔離開關僅在檢修時使用。當一組主母線停電時,不需要切換操作,避免了倒閘操作時的誤操作。如有一臺斷路器檢修,也不需要切換,各回路仍然可以按原接線方式運行。這一接線方式是不停電擴建檢修的推薦接線方式,但是造價高,繼電保護整定復雜,多用于330 kV以上電壓等級。

3 母線結(jié)構(gòu)

氣體絕緣金屬封閉開關設備主母線從功能上一般可以分為被動式母線和主動式母線。前者母線與母線隔離開關各自為一個獨立模塊,后者母線與母線隔離開關合并為一個模塊。被動式母線如圖1所示,主動式母線如圖2所示。當某一條母線發(fā)生故障時,可由隔離開關切斷故障母線,由另外一條母線供電,這時可以對故障母線進行檢修,其它間隔保持正常運行狀態(tài)。采用主動式母線,當某一條母線發(fā)生故障,需要解體檢修時,故障點所在氣室的六氟化硫氣體壓力將降為零,此時母線模塊中隔離開關絕緣介質(zhì)的絕緣強度降低,氣體絕緣金屬封閉開關設備存在暫態(tài)過程,隔離斷口有被擊穿的風險。為了現(xiàn)場工作人員的安全,進行檢修時,只有將對應間隔甚至氣體絕緣金屬封閉開關設備回路全部停電后才能夠進行操作。可見,廠家在設計氣體絕緣金屬封閉開關設備時應選用被動式母線。

圖1 被動式母線

圖2 主動式母線

氣體絕緣金屬封閉開關設備的各間隔通過母線連為一體,所以檢修或拆卸中間某一段母線難度非常大。現(xiàn)場安裝時,往往由于不同模塊的公差累積,或現(xiàn)場安裝的尺寸偏差,導致間隔或模塊對接不上。設備運行時,往往由于設備本體的熱脹冷縮,導致氣體絕緣金屬封閉開關設備變形漏氣。為解決上述問題,需要在合適位置設置一些膨脹節(jié),以吸收誤差及變形量,保證模塊可靠安裝和氣體絕緣金屬封閉開關設備安全運行。這些膨脹節(jié)同時為母線的拆卸和安裝提供了便利。在母線研發(fā)設計階段,就應該考慮母線的拆卸和安裝問題。220 kV氣體絕緣金屬封閉開關設備三相共箱式母線如圖3所示。

圖3 220 kV氣體絕緣金屬封閉開關設備三相共箱式母線

拆卸某一段母線時,按如下步驟操作:① 壓縮波紋管;② 通過相鄰間隔的手孔去除定位螺栓;③ 滑動觸頭向右移動至終點。將右側(cè)相鄰間隔母線按同樣步驟操作,就可以在不拆卸兩側(cè)母線的情況下將一段母線拆下。

安裝這一段母線時,按如下步驟操作:① 壓縮波紋管,將觸頭推到最右;② 對右側(cè)母線執(zhí)行同樣操作;③ 將母線放置在安裝位置,使壓縮的波紋管還原到自由狀態(tài),并與兩側(cè)的殼體對接;④ 通過手孔蓋將觸頭推至左側(cè),擰緊定位螺栓。

由以上介紹可見,在設計主母線時需要同時滿足三個條件:可拆卸觸頭,可壓縮殼體,可操作手孔。

4 檢修研究

4.1 母線隔離開關

220 kV氣體絕緣金屬封閉開關設備最常見的雙母線接線方式如圖4所示。圖4中,BBⅠ、BBⅡ為主母線,Q1、Q2、Q9為隔離開關,Q51、Q52為接地開關,Q8為快速接地開關,Q0為斷路器,Z1為電纜終端,綠色線條部分為零電位,紅色線條部分為工作電壓。如D05間隔母線隔離開關Q2需要維修或更換,可將主回路母線電流切換到另一條母線繼續(xù)工作,損壞的隔離開關Q2所在母線接地后即可進行維修。隔離開關檢修操作如圖5所示,具體操作如下:① 斷路器斷開,母線隔離開關斷開;② 除D05外其余間隔BBⅠ母線隔離開關閉合,BBⅡ母線隔離開關斷開,電流切換至BBⅠ母線;③ BBⅡ母線絕緣氣體減至半壓,隔離開關Q2降至零壓并接地。此時便可以對隔離開關Q2進行維修或更換,完成后進行現(xiàn)場調(diào)試,最后送電。這一方案全程只停運了損壞間隔,其余間隔未受影響。圖5中,灰色為半氣壓區(qū),白色為大氣壓區(qū),黃色為工作氣壓區(qū)。

圖4 雙母線接線方式

圖5 隔離開關檢修操作

4.2 斷路器

斷路器檢修單線如圖6所示。如D05間隔斷路器需要檢修,可將母線隔離開關與線路隔離開關全部斷開,斷路器接地后即可進行檢修。斷路器檢修操作如圖7所示,具體操作如下:① 母線電流切換至BBⅡ母線;② 間隔斷路器斷開,兩側(cè)隔離開關全部斷開;③ 斷路器氣室壓力降到零壓力狀態(tài),斷路器相鄰氣室降至半壓;④ 斷路器開始檢修。檢修完成后,進行現(xiàn)場調(diào)試,最后送電。這一方案檢修全程只停運損壞間隔,其余間隔未受影響。

圖6 斷路器檢修單線

圖7 斷路器檢修操作

4.3 母線

對于220 kV氣體絕緣金屬封閉開關設備雙母線接線方式,通過母線切換電流的方式可以對各個母線進行檢修,具體操作過程可參考對母線拆卸和安裝的操作。

5 擴建研究

220 kV氣體絕緣金屬封閉開關設備間隔擴建,單線如圖8所示,需要增加一個D09間隔,但不能停電,否則會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。

圖8 間隔擴建單線

5.1 現(xiàn)場安裝方案

(1) 前期間隔通過母線隔離開關將電流切換至BBⅠ母線,BBⅡ母線接地并拆除終端蓋板。擴建間隔暫不安裝BBⅠ母線,BBⅡ母線與前期間隔對接。注意只連接外殼、拉桿等,連接導體與觸頭暫不安裝,與前期間隔可形成斷口,以便進行耐壓試驗。擴建BBⅡ母線如圖9所示,右側(cè)的間隔為擴建間隔。

圖9 擴建BBⅡ母線

(2) BBⅡ母線充六氟化硫氣體,并將前期間隔母線電流切換到BBⅡ母線,BBⅠ母線接地并拆除終端蓋板。此時可以將擴建間隔的BBⅠ母線安裝,并與前期間隔BBⅠ母線對接。注意只連接外殼、拉桿等,連接導體與觸頭暫不安裝。這樣外部殼體已經(jīng)全部對接完成,內(nèi)部導體與前期間隔形成斷口。擴建BBⅠ母線如圖10所示。

圖10 擴建BBⅠ母線

5.2 現(xiàn)場耐壓試驗

安裝完成后,需要進行耐壓試驗。試驗電壓相對較高,需要與前期設備進行電氣隔離。

(1) 前期間隔母線電流切換至BBⅡ母線,BBⅠ母線接地。擴建間隔BBⅡ母線隔離開關斷開,BBⅡ母線接地,BBⅠ母線隔離開關閉合。此時可以對間隔BBⅠ母線進行耐壓試驗,如圖11所示。

圖11 BBⅠ母線耐壓試驗

(2) 前期間隔母線電流切換至BBⅠ母線,BBⅡ母線接地。擴建間隔BBⅠ母線隔離開關斷開并接地,此時可以對間隔BBⅡ母線進行耐壓試驗,如圖12所示。

圖12 BBⅡ母線耐壓試驗

(3) 耐壓試驗完成以后,可以將BBⅡ母線導體與前期間隔BBⅡ母線對接,并充六氟化硫氣體至額定壓力。BBⅡ母線對接如圖13所示。

圖13 BBⅡ母線對接

(4) 所有間隔電流切換到BBⅡ母線,此時擴建間隔可以帶電運行。BBⅠ母線接地,導體與前期間隔BBⅠ母線對接。對接完成后,充六氟化硫氣體至額定壓力,至此擴建工作完成。BBⅠ母線對接如圖14所示。

圖14 BBⅠ母線對接

6 結(jié)束語

筆者對氣體絕緣金屬封閉開關設備不停電檢修與擴建進行研究,從殼體設計、接線方式選擇、現(xiàn)場安裝、耐壓試驗等方面進行了分析,并給出工藝方案。氣體絕緣金屬封閉開關設備實現(xiàn)不停電檢修和擴建,可以保證用戶的持續(xù)供電,維護用戶的經(jīng)濟利益,對氣體絕緣金屬封閉開關設備產(chǎn)品研發(fā)、工程設計、現(xiàn)場安裝具有重要意義。