智能化隔離斷路器的應(yīng)用與變電站設(shè)計(jì)優(yōu)化

吳星

(國(guó)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(yīng)用與變電站設(shè)計(jì)優(yōu)化

吳星

(國(guó)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(guò)對(duì)隔離式斷路器(DCB)及其優(yōu)點(diǎn)的的介紹,提出用智能化DCB替代傳統(tǒng)的由斷路器、隔離開(kāi)關(guān),電流、電壓互感器等設(shè)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)IEC62271-108：“DCB即具有隔離開(kāi)關(guān)功能的斷路器，當(dāng)觸頭在分閘位置時(shí)，這種斷路器可以實(shí)現(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)的功能?！睂?duì)應(yīng)國(guó)標(biāo)GB/T27747-2011已于2009年完成，2011年發(fā)布。國(guó)內(nèi)的一些開(kāi)關(guān)廠也進(jìn)行了開(kāi)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(jìn)行商業(yè)運(yùn)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(tái)智能化DCB代用

歷史上來(lái)看，間隔設(shè)計(jì)的目的是盡可能將斷路器隔離開(kāi)以便于維護(hù)。這是基于斷路器在當(dāng)時(shí)比隔離開(kāi)關(guān)的故障率要高很多。一般的斷路器維護(hù)周期是1-2年，而隔離開(kāi)關(guān)的維護(hù)周期能達(dá)到4-5年。

在實(shí)際的應(yīng)用中，由于隔離開(kāi)關(guān)的觸頭外露，在運(yùn)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(dǎo)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(kāi)關(guān)的傳動(dòng)部件容易因?yàn)槿鄙贊?rùn)滑、腐蝕等原因而發(fā)生傳動(dòng)卡滯。因此，處于敞開(kāi)式運(yùn)行的隔離開(kāi)關(guān)，相對(duì)于密封運(yùn)行的開(kāi)關(guān)設(shè)備，其故障率要明顯高于處于密封運(yùn)行的斷路器。

相對(duì)而言，近二十年，SF6斷路器在110KV以上系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。特別是在采用彈簧操作機(jī)構(gòu)的自能滅弧SF6斷路器，因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能緊湊，其運(yùn)行可靠性已經(jīng)達(dá)到很高的水平。經(jīng)過(guò)GPMS系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)，110KV以上斷路器的可靠性指標(biāo)為20a，隔離開(kāi)關(guān)的可靠性指標(biāo)為5a，由此可見(jiàn)隔離開(kāi)關(guān)的可用系數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于斷路器的可用系數(shù)，為檢修斷路器而設(shè)置的隔離開(kāi)關(guān)已經(jīng)成為影響間隔正常使用的一個(gè)制約因素。近年，一種集成傳統(tǒng)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電子式電流互感器的電氣設(shè)備逐漸成熟應(yīng)用，這就是隔離式斷路器(Disconnecting Circuit Breakers，簡(jiǎn)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(chǔ)進(jìn)行集成優(yōu)化，一臺(tái)隔離式斷路器至少集成了一臺(tái)斷路器和一臺(tái)隔離開(kāi)關(guān)的功能，傳統(tǒng)隔離開(kāi)關(guān)的功能通過(guò)DCB滅弧室觸頭來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)兼?zhèn)涓綦x開(kāi)關(guān)功能的斷路器。隔離式斷路器具有三個(gè)位置，分別為合閘位置、分閘位置、隔離開(kāi)關(guān)位置。隔離式斷路器的斷路器敞開(kāi)位置觸頭可作為隔離開(kāi)關(guān)敞開(kāi)位置觸頭，滿足了隔離開(kāi)關(guān)的功能要求，為檢修線路提供可靠地?cái)帱c(diǎn)。由于沒(méi)有外漏觸頭，其維護(hù)周期可達(dá)15年以上。

此外，隔離室斷路器除了集成隔離開(kāi)關(guān)外，還可以集成接地刀閘和電子式電流、電壓互感器，通過(guò)一體化制造將一、二次設(shè)備高度集成，實(shí)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(duì)于設(shè)備狀態(tài)可視化的要求，在隔離斷路器的設(shè)計(jì)和制造中，實(shí)現(xiàn)了與在線監(jiān)測(cè)裝置的深度融合，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提升了設(shè)備可靠性，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備功能智能化。通過(guò)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(tái)斷路器、一組隔離開(kāi)關(guān)、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(shuō)，智能化隔離式斷路器突出體現(xiàn)以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)(圖1）：

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

通過(guò)斷路器同步控制器，控制開(kāi)合時(shí)間，消除暫態(tài)電流或電壓，實(shí)現(xiàn)開(kāi)斷或關(guān)合的智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能滅弧，減少對(duì)系統(tǒng)沖擊，提高電能質(zhì)量。

表1 主接線優(yōu)化前后對(duì)比方案表

圖4 優(yōu)化后220kV側(cè)電氣主接線

圖5 優(yōu)化后110kV側(cè)電氣主接線

圖6 典設(shè)方案220kV配電裝置平面布置圖

采用新結(jié)構(gòu)與新工藝，實(shí)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(duì)SF6氣體壓力、密度以及斷路器機(jī)械特性進(jìn)行在線檢測(cè)，提高設(shè)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(guò)智能化DCB的深度集成，在一個(gè)間隔中，元件得到大幅度的簡(jiǎn)化，如圖2為傳統(tǒng)式的元件配置，圖3一臺(tái)智能化DCB即可代用左邊的系列設(shè)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(kāi)關(guān)、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(kāi)關(guān)的雙重功能，且?guī)Ь€路側(cè)接地刀閘，因此取消線路側(cè)隔離開(kāi)關(guān)，同樣能滿足線路(或主變壓器)檢修時(shí)的需要。隔離斷路器設(shè)備可靠性較高，接近于GIS設(shè)備的可靠性水平，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)檢修周期可達(dá)到20年，若按變電站設(shè)計(jì)周期40年來(lái)算，在整個(gè)變電站運(yùn)行期內(nèi)，每臺(tái)隔離斷路器僅需檢修1次；并且隔離斷路器能與母線同時(shí)檢修，因此，可取消母線側(cè)隔離開(kāi)關(guān)?？梢?jiàn)，隔離斷路器設(shè)備的采用，極大簡(jiǎn)化了主接線型式。

根據(jù)以上思路，我們以國(guó)網(wǎng)220kV變電站典設(shè)方案220-C-1(10)為樣本，將隔離式斷路器、110kV氣體絕緣母線應(yīng)用于該站，并在此基礎(chǔ)上對(duì)該站的主接線和總平面進(jìn)行合理優(yōu)化，以達(dá)到提高運(yùn)行可靠性、降低維護(hù)工作量、優(yōu)化占地面積、節(jié)能經(jīng)濟(jì)環(huán)保的目的。

2.1 主接線方案優(yōu)化

國(guó)網(wǎng)典設(shè)220-C-1(10)方案(以下簡(jiǎn)稱典設(shè)方案)的終期建設(shè)規(guī)模為主變壓器3臺(tái)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(cè)隔離開(kāi)關(guān)，共9組，見(jiàn)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(cè)隔離開(kāi)關(guān)，共15組，見(jiàn)圖5。(優(yōu)化前接線圖見(jiàn)國(guó)網(wǎng)典設(shè)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(shè)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(gè)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(lái)的3．5米，減少3．0米，共6個(gè)間隔，寬度尺寸由原來(lái)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(lái)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(zhǎng)度43米，比方案一的220kV配電裝置單列布置還減少了11米。見(jiàn)圖7對(duì)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(shè)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(shè)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(shè)備母線套管通過(guò)導(dǎo)線直接與母線連接。每個(gè)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(jiàn)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(jié)構(gòu)緊湊、防護(hù)等級(jí)高、使用壽命長(zhǎng)、免維護(hù)的氣體絕緣母線(GIB)，110kV設(shè)備采用雙列布置，分別布置在主母線的兩側(cè)，主母線套管通過(guò)導(dǎo)線直接與各間隔設(shè)備連接。每個(gè)間隔的出線間隔采用寬度為7m的兩跨聯(lián)合架構(gòu)。配電裝置間隔總寬度尺寸由原來(lái)的136縮減為70米，縱向深度由原來(lái)的37．5米縮減為16．5米。見(jiàn)圖9。

對(duì)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(shè)方案的24%，共節(jié)約占地面積4558m2(約6．8畝)。

3 結(jié)語(yǔ)

采用智能化隔離式斷路器，取消了很多獨(dú)立的隔離開(kāi)關(guān)和互感器，簡(jiǎn)化了變電站布局，降低了安裝、維護(hù)、維修成本，且隔離式斷路器設(shè)計(jì)檢修周期不大于20a，其故障率遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)隔離開(kāi)關(guān)，降低了整個(gè)變電站設(shè)備的全壽命周期費(fèi)用。

智能化隔離式斷路器整合了隔離開(kāi)關(guān)、接地刀閘、電流、電壓互感器的功能，應(yīng)用于變電站220kV和110kV系統(tǒng)中，簡(jiǎn)化了變電站主接線，縮小了占地面積。同時(shí)還節(jié)省了大量鋼材，減少了變電站設(shè)備基礎(chǔ)及相應(yīng)的土建工作量，縮短了安裝調(diào)試時(shí)間。智能化隔離式斷路器的應(yīng)用，對(duì)于變電站的建設(shè)和運(yùn)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(shè)計(jì)[J].電力建設(shè),2013,34(7):30-36.

[2]李勁彬,阮玲,陳雋.應(yīng)用于新一代智能變電站的隔離斷路器[J].電力建設(shè),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(shè)備。