集成式隔离断路器在一个半断路器接线中的设计应用
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陕西省电力设计院、海南省电力设计研究院的研究人员雷宏、姜源、焦国锋，在2019年第6期《电气技术》杂志上撰文指出，在一个半断路器接线中采用集成式隔离断路器，可简化一个半断路器常规接线设计，取消断路器两侧或一侧隔离开关。
本文经过可靠性评估分析，确定了保留母线侧隔离开关取消出线侧隔离开关的简化接线方式，从根本上简化了系统接线，为变电站的设计和运行维护带来了全新的理念。
变电站主接线方案与电力系统整体及变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，对设备选型、配电装置布置、继电保护及控制方式均有较大的影响。正确处理好各方面关系，全面分析相关影响因素，综合评价各项技术经济比较，合理确定主接线方案十分必要。
近年来，随着断路器可靠性的不断提高，隔离开关与断路器不相匹配的矛盾日益凸显，利用隔离开关来隔离高压以进行断路器停电检修的检修模式，逐渐不再适应电网运检管理需求。有必要将变电站的设计模式由原来的断路器两端配置隔离开关，改为将隔离开关的隔离功能集成到断路器的灭弧室内部，并增加智能化控制系统，形成新的智能开关设备——集成式隔离断路器（disconnecting cir cuit-breaker, DCB）。
一个半断路器接线是由行内330kV电压等级广泛推荐的主接线型式。隔离断路器在一个半断路器接线中的应用将会增加主接线可靠性，从根本上简化系统接线，给变电站的设计和运行维护带来了全新的概念。
1 DCB设备概述
DCB是触头处于分闸位置时满足隔离开关要求的断路器，其断路器断口的绝缘水平满足隔离开关绝缘水平的要求，而且可以集成接地开关，增加了机械闭锁装置的安全可靠性。2011年，我国在IEC 62271—108：2005标准基础上，发布了国家标准GB/T 27747—2011《额定电压72.5kV及以上交流隔离断路器》。
在隔离断路器的基础上，再集成接地开关、电子式电流互感器、智能组件等元件形成集成式隔离断路器，使得开关间隔最终集成为一台一次设备。集成式隔离断路器必须具备高度安全性、可靠性和可用性，确保产品少维护，甚至免维护。
在二次设备方面，应选用成熟可靠的智能组件，实现就地控制，在线检测，智能操作一套设备，整体设备实现一体化、模块化，具有可靠的兼容性。陕西富平330kV变电站已安全运行2年，标志着这种高度集成设备的成功运营。
2 330kV电气主接线可靠性计算评估
根据《220kV～750kV变电所设计技术规程》（DL/T 5218—2012），“330kV配电装置可采用一个半断路器接线或双母线接线”。
应用SSRE－TH软件对330kV配电装置的一个半断路器接线方案进行可靠性评估，并对计算结果进行比较分析。
主接线可靠性指标主要有故障率、平均修复时间、可用率和期望故障受阻电能指标，各指标含义为：①故障率，指变电站平均每年发生停电事故的次数；②平均修复时间，指变电站平均每次停电事故的持续时间；③可用率，指变电站可靠供电的概率，即可靠性的概念；④期望故障受阻电能，指变电站平均年停电电量。
2.1 330kV变电站电气主接线评估元件的可靠性参数
根据中电联发布的输变电设施可靠性运行统计指标，对主要设备的可靠性参数进行统计，列出了2008—2012年330kV输变电设备可靠性参数的全国统计平均值，见表1（略）。整理后得到的可靠性计算参数见表2。
表2 计算用可靠性参数表
2.2 可靠性量化评估对比
1）传统一个半断路器接线的可靠性评估
一个半断路器接线计算示意图如图1所示。
图1 一个半断路器接线计算示意图
采用电力系统可靠性网络方法，通过直接分析主接线网络图，找出影响每一回线路停电的事件，然后分析在该事件下的后果，得到该状态下的概率和频率以及传统的一个半断路器接线的可靠性参数。具体计算结果见表3。
表3 一个半断路器接线可靠性表
2）采用隔离断路器的简化一个半断路器接线对比
隔离断路器的检修不同于常规断路器，具有很高的可靠性，维护周期大约为12年。
对于隔离断路器考虑在其与相邻设备之间设置可拆卸装置，起到传统接线方式中隔离开关的作用，且当需要检修隔离断路器时，拉开隔离断路器本身，并停掉相邻母线或者相邻出线，在停电情况下，解开可拆卸连接装置，然后使相邻母线或相邻出线恢复供电，对要检修的隔离断路器在保证检修安全距离的范围内进行检修。基于此可以采用取消断路器两侧隔离开关或单侧隔离开关的简化主接线方式。
可拆卸的连接装置是一种可以快速解开并可以重复连接的金具，实现快速解开并连接是减少停电时间并灵活安排工作的主要因素之一。设备与软导线连接的压缩型或者螺栓型设备线夹均可以比较容易实现的方式快速解开，只要解开设备线夹与设备端子板之间的螺栓，即可实现快速解开。
根据ABB对于隔离断路器检修时间的情况，从停电拆卸到恢复供电大约需要2h。然而对于国内目前操作措施，检修隔离断路器所需时间为6h。得到隔离断路器的计算参数见表4。
表4 330kV隔离断路器计算用可靠性参数表
采用隔离断路器后，除传统一个半断路器接线外，还需要对比以下2种简化方案：
（1）取消出线侧隔离开关简化接线，后称简化一个半断路器接线方案A，如图2所示；其中A-1考虑检修时间为2h，A-2考虑检修时间为6h。
（2）取消出线侧及母线侧隔离开关简化接线，后称简化一个半断路器接线方案B，如图3所示；其中B-1考虑检修时间为2h，B-2考虑检修时间为6h。
图2 简化一个半断路器接线方案A计算示意图
针对以上情况改进一个半断路器接线模型，进行可靠性指标计算。计算结果见表5。这两个方案的供电可靠性指标对比如图4所示。
图3 简化一个半断路器接线方案B计算示意图
表5 简化一个半断路器接线方案A的可靠性对比表
图4 简化一个半断路器接线方案的可用率比较
从图4可以看出，考虑隔离断路器的检修时间后，无论对于方案A还是方案B，检修时间为6h的可用率均稍小于检修时间为2h的可用率，但均远大于常规一个半断路器接线的可用率。考虑国内的操作措施，检修时间取6h较为合理，即一个半断路器-方案A-2和一个半断路器-方案B-2。
针对不同形式的一个半断路器接线，方案A和方案B的供电可用率均高于基准情况下的可用率。这说明采用隔离式断路器同时取消隔离开关后，系统的故障率明显降低，虽然修复时间增加，但是总体供电可靠性有所提升，期望受阻电力降低。
对于方案B，同时取消出线侧隔离开关和母线侧隔离开关后，故障率之所以稍有增大，是因为取消母线侧隔离开关后，母线停运几率增大，扩大了事故范围。在同时取消出线侧和母线侧隔离开关后，中断路器故障需停运一条母线，将影响整个系统的可靠性运行，因而方案A的可用率稍高于方案B的可用率。结合可靠性计算结果，对330kV配电装置考虑仅取消出线侧隔离开关。
2.3 采用隔离断路器后可靠性评估对比
隔离断路器的高可靠性有利于提高系统的运行可靠性，简化了传统接线，但同时采用隔离断路器后，一旦进行设备检修，停电影响范围和需要停电的时间将大于传统的一个半断路器接线。
采用隔离式断路器取代断路器两侧加装隔离开关模式，可以优化主接线，极大地提高一个半断路器接线的可靠性，减少主接线中元件的配置和开关检修次数以及变电站占地面积，具有很好的经济性和可靠性。同时，在运行维护水平提高且平均修复时间缩短至2h的情况下，将进一步提高接线的可靠性。