楊宏波 王楚雄 池慧清 何昌勇

上海西門子高壓開關(guān)有限公司 上海 200245

1 研究背景

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備以占地面積小、可靠性高、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)備受用戶青睞,同時(shí)也存在檢修和擴(kuò)建困難等問題。氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備具有全封閉、布置緊湊等特點(diǎn),在檢修或拆卸一個(gè)模塊時(shí),往往會影響其它模塊甚至整個(gè)電站運(yùn)行。

隨著近年來機(jī)場、地鐵、大數(shù)據(jù)中心等關(guān)乎國計(jì)民生的行業(yè)對氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的大量使用,如何確保這些氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備在檢修或擴(kuò)建時(shí)不影響正常供電,成為業(yè)主與氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備廠商高度關(guān)注的問題。國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)IEC 62271-203在2011年修訂版中首次提出了服務(wù)持續(xù)性的概念,即氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備在售后服務(wù)時(shí)要確保電站的持續(xù)運(yùn)行。

筆者從氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的特點(diǎn)出發(fā),對氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的不停電檢修與擴(kuò)建進(jìn)行研究,對接線方式選取、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場安裝與試驗(yàn)進(jìn)行分析,并給出指導(dǎo)意見。

2 接線方式選擇

66 kV及以上電壓等級變電站的接線方式一般分為線變組接線、單母線接線、雙母線接線、橋型接線、單母線分段接線、雙母線分段接線、一個(gè)半斷路器接線等,主接線方式是擴(kuò)建和檢修是否停電的先決條件。

雙母線接線具有兩組主母線,各回路通過一臺斷路器和兩臺隔離開關(guān)分別與兩組母線同時(shí)相連,兩組母線之間通過母聯(lián)斷路器相連,有三種運(yùn)行方式:① 所有進(jìn)出線回路都連接在同一組母線上,另一組母線為備用;② 進(jìn)出線回路分別連接在兩組母線上,母聯(lián)斷路器斷開;③ 進(jìn)出線回路分別連接在兩組母線上,母聯(lián)斷路器閉合。雙母線接線因?yàn)榫哂泄╇娍煽?、調(diào)度靈活、便于擴(kuò)建和試驗(yàn)等特點(diǎn),成為不停電擴(kuò)建檢修的首選接線方式。

一個(gè)半斷路器接線具有兩組主母線,通過三臺串聯(lián)的斷路器相連,中間一臺斷路器為聯(lián)絡(luò)斷路器。三臺斷路器控制兩回支路,具有較高的供電可靠性和靈活性。除聯(lián)絡(luò)斷路器故障時(shí)與其相連的兩回支路需要停電外,任意一組主母線故障或檢修,或兩組主母線同時(shí)故障,都不需要停電。在這種接線方式中,隔離開關(guān)僅在檢修時(shí)使用。當(dāng)一組主母線停電時(shí),不需要切換操作,避免了倒閘操作時(shí)的誤操作。如有一臺斷路器檢修,也不需要切換,各回路仍然可以按原接線方式運(yùn)行。這一接線方式是不停電擴(kuò)建檢修的推薦接線方式,但是造價(jià)高,繼電保護(hù)整定復(fù)雜,多用于330 kV以上電壓等級。

3 母線結(jié)構(gòu)

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備主母線從功能上一般可以分為被動(dòng)式母線和主動(dòng)式母線。前者母線與母線隔離開關(guān)各自為一個(gè)獨(dú)立模塊,后者母線與母線隔離開關(guān)合并為一個(gè)模塊。被動(dòng)式母線如圖1所示,主動(dòng)式母線如圖2所示。當(dāng)某一條母線發(fā)生故障時(shí),可由隔離開關(guān)切斷故障母線,由另外一條母線供電,這時(shí)可以對故障母線進(jìn)行檢修,其它間隔保持正常運(yùn)行狀態(tài)。采用主動(dòng)式母線,當(dāng)某一條母線發(fā)生故障,需要解體檢修時(shí),故障點(diǎn)所在氣室的六氟化硫氣體壓力將降為零,此時(shí)母線模塊中隔離開關(guān)絕緣介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度降低,氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備存在暫態(tài)過程,隔離斷口有被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。為了現(xiàn)場工作人員的安全,進(jìn)行檢修時(shí),只有將對應(yīng)間隔甚至氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備回路全部停電后才能夠進(jìn)行操作?？梢?廠家在設(shè)計(jì)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備時(shí)應(yīng)選用被動(dòng)式母線。

圖1 被動(dòng)式母線

圖2 主動(dòng)式母線

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的各間隔通過母線連為一體,所以檢修或拆卸中間某一段母線難度非常大?，F(xiàn)場安裝時(shí),往往由于不同模塊的公差累積,或現(xiàn)場安裝的尺寸偏差,導(dǎo)致間隔或模塊對接不上。設(shè)備運(yùn)行時(shí),往往由于設(shè)備本體的熱脹冷縮,導(dǎo)致氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備變形漏氣。為解決上述問題,需要在合適位置設(shè)置一些膨脹節(jié),以吸收誤差及變形量,保證模塊可靠安裝和氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備安全運(yùn)行。這些膨脹節(jié)同時(shí)為母線的拆卸和安裝提供了便利。在母線研發(fā)設(shè)計(jì)階段,就應(yīng)該考慮母線的拆卸和安裝問題。220 kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備三相共箱式母線如圖3所示。

圖3 220 kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備三相共箱式母線

拆卸某一段母線時(shí),按如下步驟操作:① 壓縮波紋管;② 通過相鄰間隔的手孔去除定位螺栓;③ 滑動(dòng)觸頭向右移動(dòng)至終點(diǎn)。將右側(cè)相鄰間隔母線按同樣步驟操作,就可以在不拆卸兩側(cè)母線的情況下將一段母線拆下。

安裝這一段母線時(shí),按如下步驟操作:① 壓縮波紋管,將觸頭推到最右;② 對右側(cè)母線執(zhí)行同樣操作;③ 將母線放置在安裝位置,使壓縮的波紋管還原到自由狀態(tài),并與兩側(cè)的殼體對接;④ 通過手孔蓋將觸頭推至左側(cè),擰緊定位螺栓。

由以上介紹可見,在設(shè)計(jì)主母線時(shí)需要同時(shí)滿足三個(gè)條件:可拆卸觸頭,可壓縮殼體,可操作手孔。

4 檢修研究

4.1 母線隔離開關(guān)

220 kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備最常見的雙母線接線方式如圖4所示。圖4中,BBⅠ、BBⅡ?yàn)橹髂妇€,Q1、Q2、Q9為隔離開關(guān),Q51、Q52為接地開關(guān),Q8為快速接地開關(guān),Q0為斷路器,Z1為電纜終端,綠色線條部分為零電位,紅色線條部分為工作電壓。如D05間隔母線隔離開關(guān)Q2需要維修或更換,可將主回路母線電流切換到另一條母線繼續(xù)工作,損壞的隔離開關(guān)Q2所在母線接地后即可進(jìn)行維修。隔離開關(guān)檢修操作如圖5所示,具體操作如下:① 斷路器斷開,母線隔離開關(guān)斷開;② 除D05外其余間隔BBⅠ母線隔離開關(guān)閉合,BBⅡ母線隔離開關(guān)斷開,電流切換至BBⅠ母線;③ BBⅡ母線絕緣氣體減至半壓,隔離開關(guān)Q2降至零壓并接地。此時(shí)便可以對隔離開關(guān)Q2進(jìn)行維修或更換,完成后進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試,最后送電。這一方案全程只停運(yùn)了損壞間隔,其余間隔未受影響。圖5中,灰色為半氣壓區(qū),白色為大氣壓區(qū),黃色為工作氣壓區(qū)。

圖4 雙母線接線方式

圖5 隔離開關(guān)檢修操作

4.2 斷路器

斷路器檢修單線如圖6所示。如D05間隔斷路器需要檢修,可將母線隔離開關(guān)與線路隔離開關(guān)全部斷開,斷路器接地后即可進(jìn)行檢修。斷路器檢修操作如圖7所示,具體操作如下:① 母線電流切換至BBⅡ母線;② 間隔斷路器斷開,兩側(cè)隔離開關(guān)全部斷開;③ 斷路器氣室壓力降到零壓力狀態(tài),斷路器相鄰氣室降至半壓;④ 斷路器開始檢修。檢修完成后,進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試,最后送電。這一方案檢修全程只停運(yùn)損壞間隔,其余間隔未受影響。

圖6 斷路器檢修單線

圖7 斷路器檢修操作

4.3 母線

對于220 kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備雙母線接線方式,通過母線切換電流的方式可以對各個(gè)母線進(jìn)行檢修,具體操作過程可參考對母線拆卸和安裝的操作。

5 擴(kuò)建研究

220 kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備間隔擴(kuò)建,單線如圖8所示,需要增加一個(gè)D09間隔,但不能停電,否則會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖8 間隔擴(kuò)建單線

5.1 現(xiàn)場安裝方案

(1) 前期間隔通過母線隔離開關(guān)將電流切換至BBⅠ母線,BBⅡ母線接地并拆除終端蓋板。擴(kuò)建間隔暫不安裝BBⅠ母線,BBⅡ母線與前期間隔對接。注意只連接外殼、拉桿等,連接導(dǎo)體與觸頭暫不安裝,與前期間隔可形成斷口,以便進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。擴(kuò)建BBⅡ母線如圖9所示,右側(cè)的間隔為擴(kuò)建間隔。

圖9 擴(kuò)建BBⅡ母線

(2) BBⅡ母線充六氟化硫氣體,并將前期間隔母線電流切換到BBⅡ母線,BBⅠ母線接地并拆除終端蓋板。此時(shí)可以將擴(kuò)建間隔的BBⅠ母線安裝,并與前期間隔BBⅠ母線對接。注意只連接外殼、拉桿等,連接導(dǎo)體與觸頭暫不安裝。這樣外部殼體已經(jīng)全部對接完成,內(nèi)部導(dǎo)體與前期間隔形成斷口。擴(kuò)建BBⅠ母線如圖10所示。

圖10 擴(kuò)建BBⅠ母線

5.2 現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)

安裝完成后,需要進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)電壓相對較高,需要與前期設(shè)備進(jìn)行電氣隔離。

(1) 前期間隔母線電流切換至BBⅡ母線,BBⅠ母線接地。擴(kuò)建間隔BBⅡ母線隔離開關(guān)斷開,BBⅡ母線接地,BBⅠ母線隔離開關(guān)閉合。此時(shí)可以對間隔BBⅠ母線進(jìn)行耐壓試驗(yàn),如圖11所示。

圖11 BBⅠ母線耐壓試驗(yàn)

(2) 前期間隔母線電流切換至BBⅠ母線,BBⅡ母線接地。擴(kuò)建間隔BBⅠ母線隔離開關(guān)斷開并接地,此時(shí)可以對間隔BBⅡ母線進(jìn)行耐壓試驗(yàn),如圖12所示。

圖12 BBⅡ母線耐壓試驗(yàn)

(3) 耐壓試驗(yàn)完成以后,可以將BBⅡ母線導(dǎo)體與前期間隔BBⅡ母線對接,并充六氟化硫氣體至額定壓力。BBⅡ母線對接如圖13所示。

圖13 BBⅡ母線對接

(4) 所有間隔電流切換到BBⅡ母線,此時(shí)擴(kuò)建間隔可以帶電運(yùn)行。BBⅠ母線接地,導(dǎo)體與前期間隔BBⅠ母線對接。對接完成后,充六氟化硫氣體至額定壓力,至此擴(kuò)建工作完成。BBⅠ母線對接如圖14所示。

圖14 BBⅠ母線對接

6 結(jié)束語

筆者對氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備不停電檢修與擴(kuò)建進(jìn)行研究,從殼體設(shè)計(jì)、接線方式選擇、現(xiàn)場安裝、耐壓試驗(yàn)等方面進(jìn)行了分析,并給出工藝方案。氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)不停電檢修和擴(kuò)建,可以保證用戶的持續(xù)供電,維護(hù)用戶的經(jīng)濟(jì)利益,對氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、現(xiàn)場安裝具有重要意義。