隔离式断路器在新一代智能变电站中的应用

胡頔,卓杰彬,王青云,李闫远

(三峡大学电气与新能源学院，湖北　宜昌　443000)



隔离式断路器在新一代智能变电站中的应用

胡頔,卓杰彬,王青云,李闫远

(三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌443000)

结合隔离式断路器的特点，主要依托实际工程的变电站设计，采用的智能隔离式断路器(DCB)作为本次配电装置，从主接线优化、主平面优化及经济技术指标等方面与传统变电站对比进行研究。研究表明：隔离式断路器能有效提高主接线可靠性水平，节省占地面积，减少变电站的维护工作量，对今后智能变电站的建设具有借鉴意义。

新一代智能变电站；隔离式断路器；优化设计

1　引言

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(DCB)。

隔离式断路器实现隔离开关、互感器、断路器的一体化制造。该断路器的触头被保护在SF6灭弧室内，兼具断路器和隔离开关的双重功能，可替代传统断路器与隔离开关的联合应用。由于该断路器的触头被保护在SF6灭弧室内，断路器维护量非常小，可大幅度提高供电可靠性[1]。

本文在相关基础上，结合相关文献，研究隔离式断路器的在新一代智能变电站中的应用。

2　隔离式断路器在新一代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[2]，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。优化后的接线见图2所示[3]。

图1　传统出线间隔断路器接线图

图2　隔离式断路器接线图

3　采用隔离式断路器的配电装置平面优化

智能隔离式断路器集成了断路器、隔离开关、接地开关以及电流互感的功能，其优点首先体现在占地面积上[4]。以实际工程中的变电站设计为例，由于使用了智能隔离式断路器，整个变电站的占地面积与同样规模传统设计相比，减少约54%。如图3、图4所示。

4　减少建设周期及维护工作量

设备的减少相应降低了安装调试以及运行维护过程中的工作量，大大加快了工程建设周期，也减少了运行维护的工作量。设备数量的减少，还直接降低了变电站的故障概率，在单一设备故障率不变的情况，能将变电站的故障概率降低至40%～50%。维护工作量降低87%。

图3　采用传统配电装置布置平面图

图4　采用隔离断路器布置平面图

图5　基于制造商的产品维护指南，隔离开关维护周期5年

图6　基于CIGRE的统计资料

5　设备全寿命周期投资降低

降低全寿命投资，减少对环境影响，实现经济环保节能。经济性无疑是新设备使用中需要优先考虑的问题之一。通过对新一代变电站建设的方案对比发现，在全部采用首台首套设备的情况下，变电站的投资增加约8%,考虑到推广后设备价格的合理回归，变电站的建设投资将减少约10%。再考虑到设备运行维护投入的减少，根据CIGRE的统计以110kV电压等级为例，隔离断路器检修比传统的断路器加隔离开关减少约87%，而变电站设备检修维护主要是开关设备的检修维护，以变电站整体设备检修维护减少50%考虑，以30年计算，设备运行维护费用与建设投资基本相当(实际可能会更高)考虑，则变电站的全寿命周期的投资比将降低30%以上。

表1　单体设备全寿命周期的投资比较表　单位：万元

6　结论

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分析，结果表明优化后接线的可靠性强于优化前可靠性。在优化变电站布局，降低了安装、维护和维修成本的同时降低了整个变电站设备的全寿命周期费用。并且，隔离式断路器和GIB母线均由厂家在工程制造完成，现场仅需完成简单的组装，提高了工厂化程度，为装配式变电站的实现提供了坚实的基础。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。

[1]国家电网公司平高集团有限公司 126/256kV隔离式断路器研制技术方案(可行性研究报告)[R].河南:国家电网公司平高集团有限公司,2012.

[2]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.

[3]易海琼,兑潇玮,李勇.基于隔离式断路器的智能变电站电气主接线优化[J].输配电技术，2014,6.

[4]刘祖永，严启明,等.隔离式断路器在智能变电站中的应用[J].湖北电力，2013,6.

Application of Disconnecting Circuit Breaker in New Generation Smart Substation

HU Di,ZHUO Jie-bin,WANG Qing-yun,LI Yan-yuan

(School of electrical engineering & Renewable Energy,China Three Gorges University,Yichang 443000,China)

Combining the characteristics of disconnecting circuit breaker，the article relies on actual project substation design，using intelligent disconnecting circuit breaker(DCB)as this distribution equipment，It was studied from the main connection optimization,the main plane of optimization and the indicators of economic and technical with conventional substation.Studies have shown that:disconnecting circuit breaker can improve the reliability of the main terminal level,save floor space,reduce substation maintenance workload,which can be reference for the future construction of smart substation.

new generation of smart substation;disconnecting circuit breaker;optimal design

1004-289X(2016)01-0083-03

TM56

B

2015-05-05

胡頔(1990-)，男，湖北宜昌，研究方向电力系统运行与控制。