组合电器类设施可靠性统计方法

韩克存，刘福涛

(1.山东电力集团公司，山东 济南 250001；2.聊城供电公司，山东 聊城 252053)

0 引言

输变电设施可靠性评价是电力可靠性管理的一项重要内容，是以设施功能为目标的面向设施的可靠性范畴。长期以来，电力企业一直致力于规范输变电设施可靠性管理，并不断修改、完善，形成了 《输变电设施可靠性评价规程》(DL/T837-2003)［1］，对输变电设施可靠性的统计、分析、评价明确了相应的技术要求和统计规则。

近年来电网装备技术发展迅猛，新型设备大量投入生产运行，现行《输变电设施可靠性评价规程》中部分设施分类、指标统计规则与现场设备实际管理状况存在冲突或歧义，影响了可靠性分析和管理的准确性、针对性。其中，全封闭组合电器(GIS)基于“套“的统计模式与现场设备管理实际模式有偏差，而HGIS、PASS、COMPASS等新型组合电器类设备未及时进行归类，无法准确建立对应的评价指标和计算公式。

1 目前规程存在的问题

1.1 统计方式同生产管理现状差异

按规程规定，设施运行状态可分为 “可用”、“不可用”两种运行状态，其中“可用“的定义是指设施能完成预定功能的状态，而不能完成预定功能的则属于“不可用”状态。全封闭组合电器在规程中是按“套”定义的，即一个电压等级、一次建成的全封闭组合电器为一套，套是全封闭组合电器最小的统计单元。按此推论，一套组合电器当其中某一个元件(比如出线刀闸)失效时，该套组合电器的运行状态将定义为“不可用”，显然有悖于生产现场一套组合电器某一元件失效停运、但其他元件继续带电运行的现实。另外，生产过程中经常有对全封闭组合电器改造增容、扩充出线间隔的情况，按规程定义关于“套”系“一次”建成的定义标准，改造后的全封闭组合电器已不能计为“一套”组合电器设备(至少应视为两套设备)，显然，又与生产管理中实际执行的关于一套组合电器的理解(即一个电压等级，电气上直接关联)相冲突。同时，设备生产管理上经常遇到统计和评价某一出线间隔的可靠性指标情况，但现规程关于全封闭组合电器的指标评价仅有元件和套的定义，关于间隔的可靠性指标统计、评价缺少数学计算模型，无法定性和定量统计、评价组合电器中某一出线间隔的“可用”、“不可用”情况，影响了对全封闭组合电器精益化管理。

1.2 新型组合电器不能准确归类

近年来，电力设备装备技术日新月异，大量新型开关类设备不断投入现场应用，这些设备继承了全封闭组合电器结构紧凑、占地空间少的优点，同时又与全封闭组合电器有很大的区别。比如HGIS、PASS同样均为封闭式组合电器，但接线更为简洁、清晰，功能元件设计更为集中，其SF6气体绝缘密闭空间内不包含母线元件，母线元件同传统AIS一样是外露的。行业标准DL/T837-2003中没有明确这些新型组合电器的定义和归类，其可靠性指标也无相应的数学计算模型。国家电网公司可靠性专业管理办法曾临时将该类设备归入到“断路器”大类进行可靠性指标统计，从执行情况来看这种处理一是违背了组合电器的自然属性归类，新型组合电器内部的隔离开关等元件在物理特性上根本和“断路器”类设备无任何联系，按此方法处理，统计出来的断路器指标和实际情况会产生很大偏差；二是新型组合电器设备因“模块化”特征较为明显，无法参照全封闭组合电器按“套”进行注册。

可见，行业标准DL/T837-2003中的定义范围不够宽泛和严谨，评价指标涵盖面不足，不能完全满足生产管理的实际需求。

2 设施分类及统计规则改进

2.1 设施分类改进

现行输变电设施评价规程中对设备的分类按设施功能划分为架空线路、变压器、电抗器、断路器、电流互感器(不含附设于断路器、变压器内不作独立设施注册的套管型电流互感器)、电压互感器(含电容式电压互感器)、隔离开关、避雷器、耦合电容器、阻波器、电缆线路、全封闭组合电器(GIS)、母线共13类。

根据现场设施实际情况和便于可靠性数据的统计、管理，应参照全封闭组合电器的定义、功能对组合电器类设施定义及功能进行界定明确，对其统计单位和分析方法进行改进，同时对涉及到的断路器、隔离开关两类设施的功能划分以及定义进一步明确，划分可靠性统计中3类设备之间的分界。

2.1.1 断路器

GB/T2900.20-94《电工术语 高压开关设备》［2］中对断路器进行了明确的术语定义：断路器是指能关合、承载、开断运行回路正常电流，也能在规定时间内关合、承载及开断规定的过载电流(包括短路电流)的开关设备；落地罐式断路器是指灭弧室处在一个接地金属箱中的断路器；瓷柱式断路器是指除灭弧室带电外其余箱体不带电的断路器。GB1984-2003《高压交流断路器》［3］中取消了瓷柱式断路器的定义，代之以“外壳带电的断路器”，定义为灭弧室在一个与大地绝缘的箱壳中的断路器，这与近年来复合绝缘制造技术的发展有关，部分断路器设备制造企业，已用复合绝缘外套来代替传统瓷柱式断路器的瓷套，以降低设备的重量和高度，该类设备不再适合命名为瓷柱式断路器，但其内部结构和功能与原瓷柱式断路器并无区别。

按照上述定义，对可靠性统计中，断路器类设施包含的范围应进一步明确，断路器类设施包括外壳带电的断路器(瓷柱式断路器)和罐式断路器两种，并且只包括这两种类型。新型的以PASS、COMPASS、H-GIS等为代表的开关设备，虽然满足上述定义，但其在功能实现上组合了隔离、接地等相对独立于断路器功能之外的更多其他类设施的功能，由于多功能的组合，无法将断路器功能独立的拆出进入统计分析。因此，明确这些类型的开关设备在可靠性统计分析中不属于断路器类设施，断路器类设施的统计方法不变。

2.1.2 隔离开关

GB1985-2004《高压交流隔离开关和接地开关》［4］中规定：隔离开关是指在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显的断开标志；在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件(例如短路)下的电流的开关设备。目前现场使用的以COMPASS为代表的开关设备的隔离部分亦符合上述定义。 但是，由于该类型设备的功能紧凑设计，其隔离功能的实现不再是由隔离开关独立拥有的部件形成，其部件上往往还承担着互感器、断路器的部分部件功能，这种一个部件多种功能的现象，在进行可靠性数据统计和分析的过程中造成了概念和数据的混乱。为避免这种现场的产生，对可靠性统计中隔离开关类设施包含的设备范围进一步明确：隔离开关类设施只包括敞开式的，具有独立隔离开关功能的部件组成的隔离开关，使用COMPASS类型紧凑设计的开关设备中形成的敞开式隔离开关，不包含在可靠性统计的隔离开关类设施中。隔离开关类设施的统计方法不变。

2.1.3 组合电器

GB7674-1997《72.5 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》［5］中规定：气体绝缘金属封闭开关设备(封闭式组合电器)是指全部或部分地采用气体而不采用处于大气压下的空气作绝缘介质的金属封闭开关设备。随着设备制造理念和技术的进步，生产现场还出现了一种以COMPASS为代表的紧凑型组合开关设备，该类设备是以瓷柱式或罐式断路器为基础，通过与支柱、互感器等其他设备功能的紧凑布置组合，形成集多功能与一体的敞开式组合电器。该类设备不属于封闭式组合电器的范畴，亦不能简单归于断路器类设施的统计。

为解决上述输变电设施可靠性管理工作中设施功能划分范围的不足，根据对全封闭组合电器类设备的上述分析，以及对断路器类、隔离开关类设施功能划分的进一步明确，建议对全封闭组合电器类设施的定义及功能进行调整，将全封闭组合电器类设施改为组合电器类设施，定义为封闭式组合电器以及紧凑型组合开关设备的统称。

组合电器类设施的具体描述为：封闭式组合电器以及紧凑型组合开关设备的统称，包括封闭式组合电器和紧凑型组合开关设备两大类。

封闭式组合电器，即气体绝缘金属封闭开关设备(GIS，Gas Insulated Switchgear)，有两种主要表现形式：(1)将断路器(CB)、隔离开关(DS)、电流互感器(CT)、电压互感器(VT)、避雷器(LA)等多种设备以及主母线、分支母线等封装在各自独立的气隔内，组合在一起，除出线套管外，无外露带电体，典型设备是现在现场运行的GIS和PASS为代表的新型封闭式组合电器；(2)复合式气体绝缘金属封闭开关设备(H-GIS，Hybrid Gas Insulated Switchgear)，一种简化的GIS，将GIS中部分静态电气部件如电压互感器、避雷器、主母线、分支母线，特别是母线部分全部或部分地独立出气体绝缘金属封闭的系统，独立出的部件通过架空连接线(电缆)与设备的出线套管(电缆仓)相连接。

紧凑型组合开关设备，包括典型组合形式：(1)以罐式断路器为基础，将断路器、隔离开关、电压和电流互感器等多个功能部件封闭在一个标准模块内，各种元件气体连通不分隔室，模块在工厂预装，如ABB公司生产的PASS产品；(2)以柱式断路器为核心，通过紧凑布位，充分利用周边相连设备自身的结构组成部件，相互配合，将敞开式的隔离开关、接地开关、互感器等设备机械的连接组合在一起，各组成部分均为敞开式的独立功能设备，如ABB公司的COMPASS产品。

2.2 组合电器类设施统计方法

2.2.1 组合电器的统计单位

根据组合电器类设备功能组成特点、在实际运行中的基本单元范围拆分习惯以及便于各可靠性指标能够更真实地反应组合电器实际的可靠性状况，建议引入“间隔”作为组合电器的统计单位。使用“间隔”的概念，更容易对组合电器的可靠性指标进行统计，能够更加准确地反应组合电器真实的可靠性能。

由于组合电器的多样性，其“间隔”的定义描述也有所差别。对于第一类封闭式组合电器中的GIS，间隔定义为：封闭式组合电器的部分或全部，由共同完成某一运行功能的各隔室及其内部的电气元件组成。按照间隔实现的运行功能一般可分为进/出线间隔、母线间隔、母线PT间隔、母联间隔、分段间隔等，以不同间隔之间相邻隔室结合面的气隔型绝缘子以及间隔主控柜端子排为界，规定该气隔型绝缘子属于电源侧隔室的一个元件。其中，进/出线间隔包括完成进/出线功能的全部元件及其附件，如套管(电缆仓、封闭线路)、避雷器、PT、隔离开关、断路器、CT、分支母线、间隔主控柜等主要功能元件；母线间隔一般是指主母线，一段母线可由气隔型绝缘子分隔成几个隔室，只要未设置分段间隔，都属于一个母线间隔；母线PT间隔是指与母线间隔相连的，具有PT功能的独立隔室，包括PT隔离刀闸；母联/分段间隔是指实现母线间电气连接和分开或母线(或其他间隔)分段功能的隔室，包括断路器、隔离开关等隔室。

对于第一类封闭式组合电器中的H-GIS，间隔定义为：通过盆式绝缘子及壳体连续封闭连接的多个隔室，间隔之间、间隔与电网系统或其它设备间，通过架空线、电缆等方式进行连接。

对于第二类紧凑型组合开关设备，间隔定义为：设备全部功能单元的空间组合结构，与其他紧凑型组合开关设备、电网系统其它设备之间，通过架空线、电缆等方式进行连接。

为保持统计的连续性，在组合电器中可继续保留“套”的概念，符合套概念的多个间隔的组合，形成1套组合电器，与电网系统和其他设备通过架空线、电缆或封闭线路等方式进行连接。一般情况下，一个间隔的 H-GIS、PASS或 COMPASS，就能够形成1套组合电器。

2.2.2 组合电器的评价指标与计算公式

组合电器元件指标与计算公式。组合电器的统计间隔年数计算和折算公式不变，投运当年统计期间不满1年的按实际投运时间折算。

1)单元件指标

可用系数

我们走在什么地方了。我留心看。小菜场。她恐怕快要到了。我应当不失了这个机会。我要晓得她更多一些，但要不要使我们继续已断的友谊呢？是的，至少也得是友谊？还是仍旧这样地让我在她的意识里只不过是一个不相识的帮助女子的善意的人呢？我开始踌躇了。我应当怎样做才是最适当的?

计划停运率

非计划停运率

2)单间隔组合电器内部同类元件综合指标

可用系数

计划停运率

非计划停运率

某间隔组合电器的指标：

可用系数

式中：“计停”为计划停运；“非计停”为非计划停运。

计划停运率

非计划停运率

多间隔组合电器的指标：

可用系数

计划停运率

非计划停运率

3 结论

进一步明确可靠性统计中断路器类设施包括外壳带电的断路器(瓷柱式断路器)和罐式断路器两种，并且只包括这两种类型。新型的以PASS、COMPASS、H-GIS等为代表的开关设备，在可靠性统计分析中不属于断路器类设施。断路器类设施的统计方法不变。

进一步明确可靠性统计中隔离开关类设施只包括敞开式的，具有独立隔离开关功能的部件组成的隔离开关。使用COMPASS类型紧凑设计的开关设备中形成的敞开式隔离开关，不包含在可靠性统计的隔离开关类设施中。隔离开关类设施的统计方法不变。

建议对全封闭组合电器类设施的定义及功能进行调整。将全封闭组合电器类设施改为组合电器类设施，定义组合电器为封闭式组合电器以及紧凑型组合开关设备的统称。包括两大基本类型：一是封闭式组合电器，即气体绝缘金属封闭开关设备，典型设备是现在现场运行的GIS和PASS为代表的新型封闭式组合电器，以及H-GIS；二是紧凑型组合开关设备，典型组合形式为ABB公司生产的PASS产品和COMPASS产品。

建议引入“间隔”做为组合电器的统计单位。对于第一类封闭式组合电器中的GIS，间隔是指封闭式组合电器的部分或全部，由共同完成某一运行功能的各隔室及其内部的电气元件组成；对于第一类封闭式组合电器中的H-GIS，间隔是指通过盆式绝缘子及壳体连续封闭连接的多个隔室，间隔之间、间隔与电网系统或其它设备间，通过架空线、电缆等方式进行连接；对于第二类紧凑型组合开关设备，间隔是指设备全部功能单元的空间组合结构，与其他紧凑型组合开关设备、电网系统其它设备之间，通过架空线、电缆等方式进行连接。

为保持统计的连续性，在组合电器类设施中可继续保留“套”的概念，套由符合套概念的多个间隔的组合，与电网系统和其他设备通过架空线、电缆或封闭线路等方式进行连接。一般情况下，一个间隔的H-GIS、PASS或COMPASS，就能够形成1套组合电器。

组合电器的评价指标与计算公式按照“间隔”为基本统计单位，在原“全封闭组合电器”评价指标和计算公式基础上进行修正和调整，继续保留“套”的有关指标和计算公式，按照“间隔”为单位进行修正。