3/2隔離開關(guān)（雙斷口）母線環(huán)形接線研究與應(yīng)用分析

洪志鵬

3/2隔離開關(guān)（雙斷口）母線環(huán)形接線研究與應(yīng)用分析

洪志鵬

（四川電力設(shè)計咨詢有限責任公司，成都 610041）

針對雙母線接線開關(guān)元件偏多的問題，受3/2斷路器接線啟發(fā)，本文提出3/2隔離開關(guān)母線環(huán)形接線。在雙母線接線的氣體絕緣金屬封閉開關(guān)（GIS）設(shè)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(guān)，即采用一種全新的3/2隔離開關(guān)（雙斷口）母線環(huán)形接線，實現(xiàn)原運行線路不停電擴建。

3/2隔離開關(guān)；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(guān)元件偏多，不能實現(xiàn)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(diào)度靈活性偏弱；同時雙母線接線的氣體絕緣金屬封閉開關(guān)（gas insulated switchgear, GIS）[1]設(shè)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(guān)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(guān)母線環(huán)形接線可靠性評估[2]。

1.1 接線形式分析比較

根據(jù)DL/T 5218—2012《220kV～750kV變電站設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中規(guī)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(shù)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(yīng)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(huán)形接線，進（出）線通過3組隔離開關(guān)與母線聯(lián)絡(luò)，類似于3/2斷路器接線。220kV 3/2隔離開關(guān)母線環(huán)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(guān)母線環(huán)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(guān)處于斷開狀態(tài)，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(guān)拉開，Ⅰ母不停電，出線2及Ⅱ母均可不停電，可實現(xiàn)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(guān)母線環(huán)形接線示意圖

圖3 單串3/2隔離開關(guān)母線環(huán)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(guān)母線環(huán)形接線和雙母線雙分段一樣，可以通過母線側(cè)隔離開關(guān)分閘和轉(zhuǎn)移隔離開關(guān)合閘來實現(xiàn)倒閘操作，將檢修母線或故障母線上的回路轉(zhuǎn)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(guān)前期上齊，處于常開狀態(tài)，考慮擴建做交流耐壓試驗，Ⅰ母要停電，串內(nèi)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(guān)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(guān)母線環(huán)形接線優(yōu)于雙母線雙分段接線。

綜上可知，3/2隔離開關(guān)母線環(huán)形接線比雙母線雙分段接線的檢修及調(diào)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(guān)動作次數(shù)及線路、機組故障率對其可靠性數(shù)據(jù)的影響。

（2）斷路器故障判定時間為0.5h。

（3）隔離開關(guān)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(shù)為24次/年。

（6）進線側(cè)操作次數(shù)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(shù)據(jù)

計算時選擇設(shè)備可靠性參數(shù)的基本思路是：確定變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、架空線、母線等5類數(shù)據(jù)的5個基本參數(shù)，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(shè)備采用GIS設(shè)備，采用GIS元件可靠性參數(shù)進行計算。計算用元件可靠性參數(shù)見表1。

表1 計算用元件可靠性參數(shù)

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(guān)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?？煽啃灾笜艘姳?。

（2）經(jīng)濟性指標

靜態(tài)總投資：電氣設(shè)備投資費用的總和。根據(jù)用戶要求可選擇現(xiàn)值或等年值。設(shè)備投資等年值的計算公式為

式中：0為設(shè)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(jù)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(jù)產(chǎn)電比計算間接損失。根據(jù)產(chǎn)電比理論，將變電站的年停電損失電能，轉(zhuǎn)化成為經(jīng)濟指標，即停電損失折合費用。該值反映了可靠性水平的經(jīng)濟價值，可靠性高，停電損失??；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(shù)；為產(chǎn)電比；EENS為期望電能損失。

綜合經(jīng)濟指標為上述三部分經(jīng)濟指標的總和，即1，在SSRE-TH主接線可靠性評估軟件中能夠?qū)ι鲜鼋?jīng)濟指標進行全面評估，然后用于主接線經(jīng)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(jié)果見表3。根據(jù)計算結(jié)果可知，3/2隔離開關(guān)母線環(huán)形接線的可靠性比雙母線雙分段接線略高。

5）經(jīng)濟性指標

3/2隔離開關(guān)母線環(huán)形接線的經(jīng)濟性定量分析，采用表4的設(shè)備價格數(shù)據(jù)。

表3 累計可靠性指標計算結(jié)果

表4 經(jīng)濟性指標的設(shè)備價格數(shù)據(jù)　單位: 萬元/臺

經(jīng)濟性指標計算中的有關(guān)參數(shù)取值為：產(chǎn)電比（定義為單位電能產(chǎn)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(xiàn)率8%；變電站經(jīng)濟使用壽命30年；年運行費用率2.5%。

采用上述經(jīng)濟性數(shù)據(jù)和可靠性指標計算結(jié)果，可得到經(jīng)濟性指標見表5。

表5 遠景4變16線經(jīng)濟性指標　單位: 萬元/年

由表5可知，投資費用占經(jīng)濟指標的主體，其次是與可靠性對應(yīng)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(guān)母線環(huán)形接線投資少，其經(jīng)濟性指標優(yōu)。經(jīng)濟性指標與可靠性有密切關(guān)系，具體而言，是EENS可靠性指標和產(chǎn)電比參數(shù)的選取影響了相應(yīng)的停電損失折合費用的大小，從而會改變綜合經(jīng)濟性指標的結(jié)果。

1.4 計算結(jié)果分析

根據(jù)以上各表數(shù)據(jù)，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(guān)母線環(huán)形接線比雙母線雙分段接線略優(yōu)；從EENS指標來看，3/2隔離開關(guān)母線環(huán)形接線比雙母線雙分段接線 略優(yōu)。

3/2隔離開關(guān)母線環(huán)形接線比雙母線雙分段接線檢修及調(diào)度靈活性更好。

經(jīng)濟性指標的比較分析：3/2隔離開關(guān)母線環(huán)形接線與雙母線雙分段接線相比，終期減少28組隔離開關(guān)，節(jié)省設(shè)備投資約300萬元，二次設(shè)備投資也與之相當。因此，3/2隔離開關(guān)母線環(huán)形接線的經(jīng)濟性優(yōu)于雙母線雙分段接線。

2 應(yīng)對擴建停電措施

2.1 雙斷口隔離開關(guān)優(yōu)點分析

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

1）雙斷口隔離開關(guān)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(shè)置一組軸向布置的接地開關(guān)，能保證在一個斷口發(fā)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(guān)的GIS設(shè)備可以不停電擴建。雙斷口隔離開關(guān)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(guān)設(shè)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(guān)的GIS設(shè)備完全適用于現(xiàn)有國內(nèi)主流廠家設(shè)備接口，具有普遍適用性。

2.2 雙斷口隔離開關(guān)位置分析

3/2隔離開關(guān)（雙斷口）母線環(huán)形接線共3種，三種接線形式對比見表6。

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

表6 三種接線形式對比

3 結(jié)論

通過采用SSRE-TH軟件，對3/2隔離開關(guān)母線環(huán)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(guān)母線環(huán)形接線比雙母線雙分段接線檢修及調(diào)度靈活性更高，經(jīng)濟性也更好，具體表現(xiàn)在：

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

2）可以實現(xiàn)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(cè)隔離開關(guān)分閘和轉(zhuǎn)移隔離開關(guān)合閘來實現(xiàn)倒閘操作，將檢修母線或故障母線上的回路轉(zhuǎn)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(guān)引入雙斷口，能解決及避免今后GIS設(shè)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(guān)倒閘至另一段母線運行，實現(xiàn)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(tǒng)發(fā)變電工程設(shè)計工作。