隔离断路器在新一代智能变电站中的应用

王　艳， 陈　芳， 尹自力

（1.国网湖南省电力有限公司技术技能培训中心， 湖南　长沙　410131；2.国网湘潭供电公司， 湖南　湘潭　411104）

引言

传统变电站中，隔离开关的主要作用是用来隔离电压，使检修设备与带电部分形成明显的断开点，从而保证人身和设备的安全。传统变电站的设计原则是断路器两侧设计隔离开关，随着设备制造技术和智能控制技术的快速发展，改为将隔离功能集成到断路器中，这种取消了原来线路侧隔离开关而形成的断路器，称为隔离断路器，已应用于新一代智能变电站中。

1　定义

2005年10月，国际标准IEC 62271-108发布，针对72.5 kV及以上电压等级的隔离断路器给出了定义和使用要求，其中对隔离断路器（Disconnecting circuit-breaker，DCB）给出了明确定义：具有隔离开关功能的断路器，即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。

2　基本结构

如图1所示，额定电压为126 kV隔离断路器为三相机械联动式，主要包括断路器本体、断路器弹簧操动机构、接地开关、接地开关操动机构、机械闭锁装置、电子式电流互感器、智能化组件等部件。如图2所示，额定电压为252 kV的隔离断路器为分相式，每一相包括断路器本体、断路器弹簧操动机构、接地开关、接地开关操动机构、机械闭锁装置、电子式电流互感器、智能化组件等部件[1]。

3　技术优势

传统隔离开关数量多，故障率高，容易受到运行环境的影响，且频繁检修本身也会影响隔离开关可靠性。新一代智能变电站中采用隔离断路器后，110 kV和220 kV接线优化前后示意图如图3和图4所示，出线间隔的线路侧隔离开关和电流互感器被集成到隔离断路器中，可以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、减小变电站占地面积以及节约成本等诸多优势。

图1　126 kV隔离断路器

图2　252 kV隔离断路器

图3　110 kV接线优化前后示意图

图4　220 kV接线优化前后示意图

以一个架空出线间隔为例，传统断路器和隔离开关组合方案如图5所示，改用隔离断路器后如图6所示，可以为变电站节省大约50%的占地面积。

图5　传统变电站布置示意图

图6　新一代智能变电站布置示意图

此外，随着数字化技术的发展，数字化技术的应用从二次延伸到了一次系统，采用隔离断路器后，可以通过隔离断路器的智能组件将断路器的相关信息就地转换为数字量，通过光缆上传测控保护装置，再传送到后台监控系统，从而实现对隔离断路器的智能控制。

4　运行操作的变化

隔离断路器应用于新一代智能变电站中，大大简化了系统接线，但同时也给运行操作带来了不小的变化，特别是隔离断路器的闭锁系统及操作顺序都与传统隔离开关不同。

4.1　隔离断路器闭锁系统

隔离断路器的闭锁系统包括机械闭锁系统和电气闭锁系统。

机械闭锁系统包括断路器分闸位置闭锁和合闸位置时接地开关的闭锁。分闸位置闭锁装置安装在断路器机构箱内，启动后，机械性地将断路器闭锁在分闸位置，无论是手动操作还是电动操作，断路器都不能合闸；合闸位置时接地开关的闭锁装置安装在主轴上，当断路器处于合闸位置时接地开关不能合闸。

电气闭锁系统实现逻辑如图7所示，隔离断路器有三个运行位置：合闸位置（主断口接通）、分闸位置（主断口断开）和隔离闭锁位置（接地侧的接地位置），具有锁定系统并可以在隔离开关位置上锁。接地开关置于断口外，只有当隔离断路器闭锁在分闸位置时方可进行接地开关的合闸操作，可实现远方电机操作，具有可见的接地和非接地位置，可就地挂锁，确保运维操作人员安全[2]。

图7　隔离断路器位置及操作关系

1）当隔离断路器合闸时，闭锁装置和接地开关均被锁在分闸位置。

2）当隔离断路器分闸且闭锁装置未启动时，隔离断路器和闭锁装置均可以操作，接地开关不能操作。

3）当隔离断路器分闸且闭锁装置启动时，接地开关可以操作，隔离断路器被锁在分闸位置。

4）当接地开关合闸时，隔离断路器和闭锁装置均不能操作。

5）当接地开关分闸且闭锁装置未启动时，隔离断路器可以操作，接地开关不能操作。

6）当接地开关分闸且闭锁装置启动时，隔离断路器被锁在分闸位置，接地开关可以操作[3]。

4.2　隔离断路器停送电操作顺序

按照以上逻辑，隔离断路器停送电操作顺序如下：

隔离断路器停电操作顺序：拉开断路器→拉开母线侧隔离开关→合上电气闭锁装置→合上隔离断路器的接地开关→合上母线侧接地刀闸。

隔离断路器停电操作顺序：拉开隔离断路器的接地开关、母线侧接地刀闸→拉开电气闭锁装置→合上母线侧隔离开关→合上断路器。

需要注意的是，当隔离断路器所在间隔检修时，断路器是不能传动的，因此不能操作接地开关，宜挂地线。

5　结语

在新一代智能变电站中，采用隔离断路器取代传统断路器和隔离开关，可简化变电站接线方式，降低安装和检修成本，缩短设备安装调试时间，提高电网安全运行水平。随着隔离断路器技术的不断发展，隔离断路器将作为智能关键设备应用于智能变电站中。

[1]徐石明.智能变电站技术导则[S].国家电网公司，2009.

[2]国家电网公司.智能隔离断路器性能检测方案[R].北京：国家电网公司，2003.

[3]陈安伟，乐全明，张宗益，等.智能变电站一次主设备在线监测系统工程实现[J].电力系统自动化，2012，36（13）：110-115.