集成式智能隔离断路器的应用

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  摘要:本文对隔离断路器的发展情况,以及隔离断路器设备目前的技术特点进行了调研。结合220kV户外变电站紧凑型设计的特点,比较了常规布置方式和隔离断路器布置方式,并对其发展方向进行了分析。
  关键词:隔离断路器;紧凑型布置;设计优化
  1 隔离断路器产生背景
  隔离断路器即具有隔离开关功能的断路器, 当触头在分闸位置时, 这种断路器可以实现隔离开关的功能。
  历史上来看,由于断路器在当时比隔离开关的故障率要高很多,因此间隔设计的目的是尽可能将断路器隔离开以便于维护。
  一般的断路器维护周期是1-2年,而隔离开关的维护周期能达到4-5年。为了在母线隔离开关维修时,不需要停电,变电站都采用了双母线系统。
  现代断路器比隔离开关需要更少的维护,可靠性更高,开发隔离式断路器条件成熟。
  2 集成式智能隔离断路器的技术特点
  2.1 运行位置
  三个位置:合闸位置、分闸位置、隔离开关位置
  具有锁定系统并可以在隔离开关位置上锁。可以带有接地刀闸。如图2-1:
  图2-1 运行位置示意图
  2.2 高度集成化设计
  隔离断路器基础上集成了接地开关、电子式电流互感器,并配用智能化模块,是目前隔离断路器中集成度最高的。
  大大简化系统的设计和接线方式、优化检修策略,具有减少设备用量、减小电站占地面积等诸多优势,比采用传统布置空间可节省约50%。
  2.3 安全可靠性高
  短路组合功能试验达到E2级水平,机械组合功能达到5000次寿命的能力(电寿命及机械寿命后样机均通过断口间的额定绝缘试验);
  具有隔离断路器机械闭锁系统,保证产品安全性;
  采用复合外套,产品抗震水平达到AG5,安全可靠。
  2.4 现场安装方便
  隔离断路器、接地开关等、智能控制柜等元件在出厂时候已经调试完毕,现场只需要将元件组合安装,简单复测即可。
  2.5 运行维护工作量小
  集成式智能隔离断路器元件少、可靠性高,因此运行维护工作量小,降低了变电站维护和操作费用。
  2.6 智能系统集成
  智能隔离断路器是在隔离断路器本体的基础上集成以下智能系统:
  1)机械特性及SF6气体状态监测系统
  机械特性监测的参数主要包括:分合闸速度、时间和分合闸线圈电流波形等机械特性。SF6气体监测可同时监测SF6气体压力、温度和密度等,并上传给状态监测IED进行处理。
  2)智能控制系统
  系统包括传统控制回路和开关设备控制器(即智能终端),能够实现开关设备测量数字化、控制网络化的功能。
  3)电子式互感器系统
  采用电子式电流互感器,并就地转换成数字信号上传给合并单元;合并单元接受到数据后进行整合并上传至上层网络。
  4)电子式电流互感器集成
  电子式电流互感器采用低功率铁芯线圈(LPCT)传感测量电流,采用空芯线圈(罗氏线圈)传感保护电流,这样可使电流互感器具有较高的测量准确度、较大的动态范围及较好的暂态特性,利用基于激光供电的远端模块就地采集LPCT及空芯线圈输出信号,利用光纤传送信号,抗干扰能力强,利用悬式复合绝缘子保证对地绝缘。电子式互感器的空芯线圈及远端模块可根据工程需求进行双重化冗余配置,保证了互感器的可靠性。
  互感器与隔离断路器整合为一体,适应了新一代智能化变电站技术发展的要求。
  3 集成式智能隔离断路器在220kV变电站的应用
  3.1 220kV隔离断路器的应用
  按照短路电流水平,220kV设备额定开断电流为50kA,动稳定电流峰值125kA。220kV侧采用常规设备与采用集成式智能隔离断路器比较如图3-1:
  图3-1 220kV侧常规设备与集成式智能隔离断路器的比较
  采用集成式智能隔离断路器后,220kV配电装置区长81米,宽32.5米,比常规方案减小6007.5m2。
  3.2 110kV隔离断路器的应用
  按照短路电流水平,110kV设备额定开断电流为40kA,动稳定电流峰值100kA。110kV侧采用常规设备与采用集成式智能隔离断路器比较如图3-2:
  图3-2 110kV侧常规设备与集成式智能隔离断路器的比较
  采用集成式智能隔离断路器后,110kV配电装置区长112米,宽30.2米,比常规方案减小2697.6m2。
  4 隔离断路器的发展方向
  随着新一代智能变电站的推广普及,隔离断路器必然要实现更高的集成化、智能化。目前,各生产厂家已将电子式电流互感器整合到隔离短路器中。若要将电子式电压互感器整合到隔离短路器中,需改变隔离短路器本体结构,据调研,各生产厂家正在做整合电子式电压互感器的工作。将电子式电压互感器整合到隔离断路器中是未来的发展方向。
  5 结论
  高压配电装置采用集成式智能隔离断路器是户外AIS站的趋势。由于目前生产厂家少,设备价格相对较高。推广应用后,预计设备价格可下降至少20%。
  (1)隔离断路器的维护周期可以达到15年,断路器可靠性的提高已使双母线系统不是必须的选项。
  (2)集成式智能隔离断路器可靠性高、空间需求降低,维护和操作费用低、现场安装方便、智能化程度高,并可降低变电站对环境的影响
  (3)常规220kV变电站采用集成式智能隔离断路器后,220kV配电装置区比可研方案减小6007.5m2,110kV配电装置区比可研方案减小2697.6m2,按征地费15万元/亩计算,共减少征地费用195.9万元。
  (4)将电子式电压互感器整合到隔离断路器中是未来的发展方向。
  参考文献
  [1] 国家电网公司基建部,国家电网公司输变电工程通用设计(2013年版) 110(66)~220kV智能变电站施工图设计.中国电力出版社
  [2] Q/GDW393-2009.110(66)kV~220kV智能变电站设计规范
  作者简介
  张菁(1983-),女,山东潍坊人,潍坊方源电力咨询设计有限公司,工程师。(山东潍坊,261061)
  吴长庚(1972-),男,山东潍坊人,潍坊方源电力咨询设计有限公司,高级工程师。(山东潍坊,261061)
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