基于双断口母线隔离开关的GIS设备不停电扩建技术分析

2018-10-12宋昭

中国设备工程 2018年19期

宋昭

（湖北省电力勘测设计院，湖北武汉 430040）

GIS设备因在节约用地、简化运维等方面有显著的优越性，在城市电网建设中已经大量应用。随着供电负荷不断提升及电网优化的需求，GIS设备的改扩建工程逐渐增多。同时，随着一批早期投运的GIS设备运行年限的增长，也进入维修周期。

1 交流耐压试验母线隔离开关断口电压分析

针对GIS设备间隔进行不停电交流耐压试验的情况来进行分析。此时假设Ⅰ母线和Ⅱ母线均带电运行，同电压等级的GIS设备不停电。此时，试验时直接通过套管对扩建的间隔进行加压。隔离开关DS1、DS2都断开，接地开关ES3断开，断路器CB闭合。在试验过程中，隔离开关DS1和DS2断口两端承受的电压为运行母线相电压和耐压试验电压差（向量差）。

1.1 试验电压和运行电压频率相位均不同

如果试验电压和运行电压频率相位不同，则_隔离开关断口电压：

ΔU=U1−U2=1sin(ω1t−ϕ1)−2sin(ω2t−ϕ2)

一般情况下试验电压的频率在30～100Hz之间，即30Hz＜f1＜100Hz，那么肯定存在一个t，取使U1最大值，U2取最小值， ΔUmax=U1+U2)，此时隔离开关承受电压为最极端的情况，即试验电压刚好和母线运行电压相位反相（峰值时相位差180°），隔离开关断口上承受的电压为试验电压与母线运行电压幅值之和，如图1（a）所示，隔离开关断口上所承受的电压最大，则将导致隔离断口突然击穿而危及正在运行的设备。

1.2 试验电压和运行电压频率相同，相位不同

如果试验电压和母线运行电压频率相同，相位不一致，即ω1= ω2=ω0，ϕ1≠ ϕ2，此时隔离开关断口上的电压为：

ΔU=U1−U2=1sin(ω0t−ϕ1)−2sin(ω0t−ϕ2)

图1 断口上的电压波形示意图

1.3 试验电压和运行电压频率相位均相同

如果试验电压和母线运行电压频率、相位相同，即处于同频同相试验状态下时，此时为便于计算，设ϕ1=ϕ2=0且ω1= ω2=ω0，则在隔离开关断口上的电压为：

此时隔开开关断口上电压与试验电压和运行电压一起变化，且当隔离开关断口上电压为试验电压与运行电压幅值之差，如图1（b）所示（其中U1为耐压试验电压，U2为母线运行电压），其上所承受的电压最低，断口处将不会出现击穿的情况。

2 解决GIS交流耐压试验母线陪停问题的方法

通过分析GIS设备母线隔离开关断口电压产生的原因及大小，可以得出不停电进行交流耐压试验的解决方法。

一是采用与工作电压同频同相交流的试验电压。通过上面的分析我们可以发现，在对GIS设备进行现场不停电交流耐压试验时，只要试验电压和运行电压频率相位不一致，在试验过程中必然出现试验电压叠加反向运行电压，使隔离断口出现电压最大的情况，因此传统的试验方法不能满足运行部分带电进行交流耐压试验的条件。二是提高母线隔离开关断口的耐压值。受制于GIS设备尺寸的限制，传统的通过增加隔离断口开距的方法并非最有效的解决方法。目前一种基于双断口母线隔离开关的GIS不停电扩建模块已经通过型式试验的验证，正式产品即将发布。

3 基于双断口母线隔离开关的GIS设备不停电扩建技术

综上分析，为满足GIS间隔扩建交流耐压试验时不停母线的需求，需研发一种新型的GIS不停电扩建设备，即能保证扩建过程中以及交流耐压试验时对原GIS设备不需停电，又能够降低对接安装过程中对接新旧SF6气室的风险，有效节省扩建工期，提高施工效率，避免由于母线停电带来的各种损失。

3.1 具有接地联动功能的双断口隔离开关设备介绍

目前常规的隔离开关只有一个断口，当隔离开关气室内的气体密度下降、气体含水量上升或者操作次数增多后导致气室内含有悬浮的金属粉末等，均会直接影响隔离开关的绝缘性能。即使上述情况未发生，由于交流耐压试验导致的隔离开关断口电压上升也有可能导致隔离开关在试验过程中发生绝缘击穿。

一种双断口的隔离开关设备能从根本上解决传统隔离开关带来的问题。双断口隔离开关包括动触头座、一对动触头和一对静触头。动触头座设在隔离开关腔体的中部；一对静触头分别设在动触头座的相对两旁；一对动触头设在所述的动触头座内部且能从相对方向伸出动触头座与对应的静触头接触配合。

双断口隔离开关的两个断口分别能满足单断口的绝缘要求，即任何一个断口均能满足运行电压或试验电压的耐压要求。分析交流耐压试验时母线隔离开关断口承受的最大电压ΔUmax=(U1+U2)，隔离开关断口上承受的电压为试验电压与母线运行电压幅值之和。

3.2 GIS设备不停电扩建设备建设方案

基于双断口母线隔离开关的GIS设备不停电设备其最大的优点为：在双母线的布置方式中，每间隔仅需要一个集成的模块来代替传统的母线隔离开关，即可保证GIS母线在扩建施工以及耐压试验全过程均不停电且安全可靠的运行。其实现的基本方法如下。

（1）在一期新建工程中，安装备用间隔的双断口母线隔离开关设备。如果在新建过程中已经安装了双断口的母线隔离开关设备（母线也随隔离开关上齐），就可以在扩建安装工程中不停电。

（2）双断口母线隔离开关设备安装完成后，双母线均可正常带电运行。扩建工程实施时，将需要扩建的间隔与母线隔离开关设备进行对接安装和交流耐压试验。安装和交流耐压试验过程中母线均可以保持正常带电运行。

扩建间隔与母线隔离开关设备对接安装的具体步骤如下：①将第一～第五气室内充入额定压力的SF6气体。气室分布图详见图2。②将DDS1、DDS2操作为分闸状态，ES1、ES2操作为合闸状态。③将ES3操作为合闸状态。④将第二气室、第四气室的气体气压从额定气压降低为安全气压。同时回收第五气压的气体，至大气气压。⑤拆开预留扩建端的密封盖进行扩建间隔的安装。⑥安装完成后，将第二、第四及第五气室的SF6气体压力补充到额定压力。⑦将ES1、ES2、ES3操作为分闸状态，将DDS1、DDS2操作为合闸状态。扩建间隔与母线隔离开关模块对接安装工作全部完成。扩建间隔的交流耐压试验具体步骤如下。

图2 双断口母线隔离开关的GIS设备交流耐压试验接线示意图

第一，将第一至第五气室内充入额定压力的SF6气体。对扩建间隔也充入额定压力的SF6气体。第二，保持间隔断路器（CB）为分闸状态，将DDS1、DDS2操作为分闸状态。第三，将ES1、ES2操作为合闸状态，保持ES3、FES为分闸状态。操作CB为合闸状态。第四，通过交流耐压试验装置与扩建的间隔出线端套管连接，进行现场交流耐压交接试验。第五，交接试验完成过后，拆除与试验装置的连线。第六，将ES1、ES2、ES3操作为分闸装置。将DDS1、DDS2操作为合闸状态。将CB操作为合闸装置。扩建间隔即完成正常带电投运。