集成式智能隔离断路器的应用分析

瞿绪龙

(阜阳供电公司，安徽 阜阳 236000)

集成式智能隔离断路器的应用分析

瞿绪龙

(阜阳供电公司，安徽 阜阳 236000)

阐述了集成式智能隔离断路器产生的原因，在集成式智能隔离断路器与传统断路器、隔离开关的对比的基础上，分析了智能隔离断路器主要技术特点。通过对集成式智能隔离断路器在重庆大石220kV 新一代智能变电站应用的研究，提出了采用集成式智能隔离断路器在新一代智能变电站配电装置主接线优化和平面优化设计等方面的优势，为集成式智能隔离断路器在新一代智能变电站中的应用提供了借鉴和经验。

集成式智能隔离断路器；新一代智能变电站；接线方式；优化设计

1 引言

传统变电站的断路器与隔离开关是相互独立的设备。20世纪90年代前，由于断路器大量采用油断路器，需要大量维修，在传统变电站设计时，断路器两端装设隔离开关，以防止在维修时不影响邻近线路[1-2]。

随着断路器技术的不断提高，变电站普遍采用SF6断路器，设备故障停电率大幅下降。而隔离开关结构简单，造价低廉，长期不受制造部门的重视。目前，隔离开关的故障概率远大于断路器，造成了断路器与隔离开关不相匹配的矛盾，无法满足新一代智能变电站建设目标的要求[3-6]。在新一代智能变电站设计中，普遍采用集成式智能隔离断路器代替传统的隔离开关与断路器。隔离式断路器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、减小电站占地面积以及节约成本等诸多优势[7-8]。

2 集成式智能隔离断路器的定义

集成式智能隔离断路器是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。集成式智能隔离断路器有3个运行位置：合闸位置、分闸位置、隔离闭锁位置，集成式智能隔离断路器的位置操作示意如图1所示[9]。

从图1可以看出，集成式智能隔离断路器具有可靠的电气闭锁和机械闭锁，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。

3 集成式智能隔离断路器的技术特点

集成式智能隔离断路器具备优良的开断性能和较大的绝缘裕度，可集成电子式电流互感器并配用智能化模块。集成式智能隔离断路器结构如图2所示[10]。

图1 集成式智能隔离断路器位置操作示意图

图2 集成式智能隔离断路器结构图

集成式智能隔离断路器可以根据实际需要集成以下几个模块：

(1)外部接地开关

结构采用直抡式结构，转动部位采用自润滑轴套。接地开关具有机械性能稳定、通用性好和系列化程度高等优点[11]。

(2)电子式电流互感器

电子式电流互感器具有较高的测量准确度、较大的动态范围及较好的暂态特性，并且可以就地转换成数字信号上传给合并单元；合并单元接受到数据后进行整合并上传至上层网络。电流互感器与集成式智能隔离断路器拉近距离布置或者将电流互感器支架与集成式智能隔离断路器的支架集成，可进一步减少占地面积和工程量[12]。

(3)状态监测系统

集成式智能隔离断路器状态监测系统主要由机械特性及SF6气体状态监测系统组成[13]。机械特性监测的参数主要包括：分合闸速度、时间和分合闸线圈电流波形等机械特性；SF6气体监测可同时监测SF6气体压力、温度和密度等，并上传给状态监测进行处理[13]。

4 工程应用分析

重庆大石220kV输变电工程被国家电网公司列为新一代智能变电站示范工程，本文以大石220kV变电站为例，分析集成式智能隔离断路器在主接线与间隔优化方面的技术优势[14]。

4.1 220kV配电装置优化

重庆大石220kV变电站以220kV典型设计220-C-1模块方案为模板进行优化设计，常规智能站采用隔离开关和断路器的接线方式，断路器两侧均配置隔离开关，用于断路器检修时隔离电源[15]。由于集成式智能隔离断路器集成了断路器、接地开关、电流互感器等设备功能，新一代智能变电站取消了断路器两侧的隔离开关。该变电站220kV侧的采用传统断路器与集成式智能隔离断路器间隔接线图如3所示。

图3 220kV间隔的主接线图

从图3可以看出，采用集成式智能隔离式断路器后，220kV间隔接线中元件数量得到了较大减少，断路器、电流互感器整合为集成式智能隔离断路器，取消线路侧隔离开关，每个间隔设备数量减少3个，但主接线形式仍为双母线接线。经过上述优化，设备数量变化如表1所示。

表1 不同方案的220kV设备数量变化对比

220kV配电装置按照常规方案的断面间隔如图4所示。

220kV采用集成式智能隔离断路器，取消线路侧隔离开关、电压互感器后，新一代智能变电站的220kV配电装置间隔断面图如图5所示。

图4 传统变电站的220kV间隔断面图

图5 新一代智能变电站220kV间隔断面图

4.2 110kV配电装置优化

该站按其建设规模，110kV侧的采用传统断路器与集成式智能隔离断路器接线图如6所示。

图6 110kV电气主接线优化示意图

从图6可以看出，采用集成式智能隔离式断路器后，110kV电气主接线中元件数量得到了较大减少，断路器、电流互感器整合为集成式智能隔离断路器，电气主接线从双母线接线简化为单母线分段接线，取消出线及母线隔离开关。经过上述优化，设备数量变化如表2所示。

表2 不同方案的110kV设备数量变化对比

从表2可以看出，采用集成式智能隔离式断路器后变电站的设备数量得到大幅降低，电气主接线中元件数量也相应减少，该站电气主接线的可靠性大大提高。

110kV配电装置按照常规方案的断面间隔如图7所示。

图7 传统变电站的110kV间隔断面图

110kV采用集成式智能隔离断路器，优化主接线后，110kV配电装置设备配置简化，与原主变区域合并，取消原变压器与110kV配电装置之间的道路，新一代智能变电站的110kV配电装置间隔断面图如图8所示。

图8 新一代智能变电站的110kV间隔断面图

新一代智能变电站与常规智能站的配电装置的纵向尺寸及占地面积的比较如表3所示。

表3 不同方案的110kV设备数量变化对比

从表3可以看出，220kV配电装置纵向尺寸由57m缩减到45.5m，减少20.18%，总占地面积由9120m2缩减到6734m2，减少26.16%；110kV配电装置及主变区域纵向尺寸由76.5m缩减到39m，减少37.5%。总占地面积由12240m2缩减到5499m2，减少55.07%。

5 结论

集成式智能隔离断路器的应用，提高变电站的一次设备集成度及智能化水平，减少设备的数量和占地面积，简化了变电站主接线，优化了变电站纵向尺寸、变电站空间与土地占用面积，为新一代智能变电站的建设创造了有利的条件。

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Applied Analysis of Intelligent Isolation Circuit Breaker

QUXu-long

(Fuyang Electric Power Supply Company，Anhui Fuyang 236000，China)

In this paper,the reason of the generation of intelligent isolation circuit breaker is described.Based on the comparison with the tradition circuit breaker and disconnect switch,the technical characteristics of intelligent isolation circuit breaker are analyzed.Through the research on the intelligent isolation circuit breakers which were applied in Chongqing Dashi 220kV new generation smart substation,the advantages on the optimal design of main wiring digram and general layout of intelligent isolation circuit breaker which were used in new generation smart substation were presented.The result can provide reference and experience for the application of intelligent isolation circuit breaker in the new generation in smart substation.

intelligent isolation circuit breaker;new generation smart substation;wiring mode;optimal design

1004-289X(2016)06-0080-04

TM561

B

2015-09-24

瞿绪龙(1986-)，男，山东临沂人，工程师，主要从事电力设计与研究工作。