隔离式断路器的智能变电站电气主接线优化设计的探讨

隔离式断路器的智能变电站电气主接线优化设计的探讨

王华

重庆电力设计院重庆市401121

摘要：随着断路器技术的发展，断路器的维护要求越来越低，然而敞开式隔离开关仍然需要比较频繁的定期维护。敞开式隔离开关的主触头是曝露在大气中的，有时还会受到污染源的侵蚀，需定期维护，导致相邻断路器无法使用，针对这一情况，提出了变电站由以前的断路器两端设置隔离开关改为将隔离功能集成到断路器中，创造出隔离式断路器。本文在此基础上，结合相关文献，探讨了隔离式断路器的智能变电站电气主接线优化设计。

关键词：智能变电站；隔离式断路器；优化设计

1智能变电站及隔离式断路器的介绍

智能变电站是伴随着智能电网的概念而出现的，是指由先进、可靠、节能、环保、集成的智能设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能的变电站。智能变电站具有全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、高级应用互动化的特点高压开关设备为变电站中重要的元件，通常指用于一次设备操作和保护的断路器和隔离开关设备。

在传统的变电站设计中，断路器与隔离开关是相互独立的设备。从实际运行统计来看，断路器的可靠性远高于隔离开关，基本可达到15年以上的维修间隔周期，因此，隔离开关成为薄弱环节。利用隔离开关来隔离高压电以进行断路器停电检修的检修模式已不再适用于电网的实际管理和发展需求，由此提出将原来的断路器两端设置隔离开关改为将隔离功能集成到断路器的灭弧室内部，从而提出了一个新的产品即隔离断路器（DCB）。国家电网公司新一代智能变电站关键设备研制与应用中将隔离断路器列为近期重点应用设备之一。隔离断路器集成了线路侧接地刀闸，与电子互感器一体化制造。采用隔离断路器后，可以减少站内一次设备数量，减少变电站空间与土地占用，同时供电可靠性可大幅提高。

2隔离式断路器在智能变电站主接线优化中的应用

2.1优化110kV主接线

图1所示为一采用传统断路器的110kV单母线接线配电装置间隔接线。断路器两侧均配置有隔离开关，用于断路器检修时隔离电源。在此接线方式下，间隔内任一元件(母线隔离开关及线路侧隔离开关等)故障或检修均导致相应线路或主变压器退出运行，间隔内元件的数量和可靠性对整体运行影响很大。由于隔离式断路器内部集成了断路器、接地开关、电流互感器等元件，断路器的触头兼具断路器和隔离开关的双重功能，且带线路侧接地刀，因此取消线路侧隔离开关，同样能满足线路(或主变压器)检修时的需要。同时，随着设备制造水平的提高，设备可靠性大大增强。隔离式断路器设计检修周期不小于20a，变电站设计寿命40a，也就是说，在变电站运行期内，每台隔离式断路器仅需检修一次。隔离式断路器能与母线做到同时检修，因此可取消母线侧隔离开关。隔离式断路器接线见图2所示。

2.2典型110kV智能变电站主接线优化分析

采用隔离室断路器时，110kV侧电气主接线的可靠性水平得到提高，故障概率下降了约27%，平均持续停电时间减少了20%；110kV侧主接线可靠性水平可达到以往采用常规断路器和隔离开关时的双母线主接线可靠性水平。从经济性来看，采用隔离式断路器后，AIS方案的设备投资水平进一步下降，下降比例约为18%。此时，110kV侧电气主接线可考虑简化为单母线分段接线。针对110-C-5典型设计方案(2台50MVA主变、110kV出线4回)，分析采用隔离式断路器后简化主接线型式的可行性。110-C-5原方案:主变容量2×50MVA；10kV出线4回，35kV出线8回，10kV出线20回，每台主变设置1组3.6Mvar电容器+1组4.8Mvar电容器；主接线:110kV单母线分段接线，35kV单母线分段接线，10kV单母线分段接线；配电装置型式:户外AIS变电站；110kV采用常规断路器及隔离开关。35、10kV采用户内充气式开关柜。

110-C-5优化后方案:主变容量2×50MVA10kV出线4回，35kV出线8回，10kV出线20回，每台主变设置1组3.6Mvar电容器+1组4.8Mvar电容器；主接线:110kV单母线分段接线，35kV单母线分段接线，10kV单母线分段接线；配电装置型式:户外AIS变电站；110kV采用集成互感器功能的集成式智能断路器，取消线路侧、母线侧隔离开关。35、10kV采用户内充气式开关柜。采用隔离式断路器后，110kV电气主接线的可靠性水平得到提高，故障概率、故障频率等指标下降比例为13%～27%，平均持续停电时间减少15%；同时设备投资水平进一步下降，下降比例达到35%。优化后的110KV电气主接线如图3所示。

3结语

隔离式断路器融合断路器、隔离开关、电流互感器等功能，取消所有隔离开关，简化变电站接线，减少了变电站设备基础及相应的土建施工量，减少了设备种类及数量，缩短了设备安装调试时间。对于城市、负荷中心及对施工时间限制的变电站，采用隔离式断路器具有明显优势。本文结合智能变电站及隔离式断路器技术特点，提出采用隔离式断路器的配电装置接线和平面，并对接线可靠性进行了典型的优化分析，结果表明优化后接线的可靠性强于优化前可靠性。在新一代智能变电站中采用隔离式断路器，为变电站设计和运行维护理念带来了根本性的变化，具有划时代的意义。

参考文献

[1]李劲彬，阮羚，陈隽．应用于新一代智能变电站的隔离断路器［J］．电力建设，2014，35(1):30-34．

[2]发电厂电气主接线可靠性研究[J].李静,燕林滋,唐慧敏.电子技术与软件工程.2016(08)

[3]智能变电站调试技术探讨[J].刘颖杰.中小企业管理与科技(中旬刊).2016(01)

作者简介：王华（1987.10），男，江西南昌，重庆大学电气工程学院硕士，中级工程师，单位：重庆电力设计院