气体绝缘金属封闭开关设备不停电检修与扩建研究

2021-07-05杨宏波王楚雄池慧清何昌勇

上海电气技术 2021年2期

杨宏波王楚雄池慧清何昌勇

上海西门子高压开关有限公司上海 200245

1 研究背景

气体绝缘金属封闭开关设备以占地面积小、可靠性高、配置灵活等优点备受用户青睐,同时也存在检修和扩建困难等问题。气体绝缘金属封闭开关设备具有全封闭、布置紧凑等特点,在检修或拆卸一个模块时,往往会影响其它模块甚至整个电站运行。

随着近年来机场、地铁、大数据中心等关乎国计民生的行业对气体绝缘金属封闭开关设备的大量使用,如何确保这些气体绝缘金属封闭开关设备在检修或扩建时不影响正常供电,成为业主与气体绝缘金属封闭开关设备厂商高度关注的问题。国际电工委员会标准IEC 62271-203在2011年修订版中首次提出了服务持续性的概念,即气体绝缘金属封闭开关设备在售后服务时要确保电站的持续运行。

笔者从气体绝缘金属封闭开关设备的特点出发,对气体绝缘金属封闭开关设备的不停电检修与扩建进行研究,对接线方式选取、结构设计、现场安装与试验进行分析,并给出指导意见。

2 接线方式选择

66 kV及以上电压等级变电站的接线方式一般分为线变组接线、单母线接线、双母线接线、桥型接线、单母线分段接线、双母线分段接线、一个半断路器接线等,主接线方式是扩建和检修是否停电的先决条件。

双母线接线具有两组主母线,各回路通过一台断路器和两台隔离开关分别与两组母线同时相连,两组母线之间通过母联断路器相连,有三种运行方式:① 所有进出线回路都连接在同一组母线上,另一组母线为备用;② 进出线回路分别连接在两组母线上,母联断路器断开;③ 进出线回路分别连接在两组母线上,母联断路器闭合。双母线接线因为具有供电可靠、调度灵活、便于扩建和试验等特点,成为不停电扩建检修的首选接线方式。

一个半断路器接线具有两组主母线,通过三台串联的断路器相连,中间一台断路器为联络断路器。三台断路器控制两回支路,具有较高的供电可靠性和灵活性。除联络断路器故障时与其相连的两回支路需要停电外,任意一组主母线故障或检修,或两组主母线同时故障,都不需要停电。在这种接线方式中,隔离开关仅在检修时使用。当一组主母线停电时,不需要切换操作,避免了倒闸操作时的误操作。如有一台断路器检修,也不需要切换,各回路仍然可以按原接线方式运行。这一接线方式是不停电扩建检修的推荐接线方式,但是造价高,继电保护整定复杂,多用于330 kV以上电压等级。

3 母线结构

气体绝缘金属封闭开关设备主母线从功能上一般可以分为被动式母线和主动式母线。前者母线与母线隔离开关各自为一个独立模块,后者母线与母线隔离开关合并为一个模块。被动式母线如图1所示,主动式母线如图2所示。当某一条母线发生故障时,可由隔离开关切断故障母线,由另外一条母线供电,这时可以对故障母线进行检修,其它间隔保持正常运行状态。采用主动式母线,当某一条母线发生故障,需要解体检修时,故障点所在气室的六氟化硫气体压力将降为零,此时母线模块中隔离开关绝缘介质的绝缘强度降低,气体绝缘金属封闭开关设备存在暂态过程,隔离断口有被击穿的风险。为了现场工作人员的安全,进行检修时,只有将对应间隔甚至气体绝缘金属封闭开关设备回路全部停电后才能够进行操作。可见,厂家在设计气体绝缘金属封闭开关设备时应选用被动式母线。

图1 被动式母线

图2 主动式母线

气体绝缘金属封闭开关设备的各间隔通过母线连为一体,所以检修或拆卸中间某一段母线难度非常大。现场安装时,往往由于不同模块的公差累积,或现场安装的尺寸偏差,导致间隔或模块对接不上。设备运行时,往往由于设备本体的热胀冷缩,导致气体绝缘金属封闭开关设备变形漏气。为解决上述问题,需要在合适位置设置一些膨胀节,以吸收误差及变形量,保证模块可靠安装和气体绝缘金属封闭开关设备安全运行。这些膨胀节同时为母线的拆卸和安装提供了便利。在母线研发设计阶段,就应该考虑母线的拆卸和安装问题。220 kV气体绝缘金属封闭开关设备三相共箱式母线如图3所示。

图3 220 kV气体绝缘金属封闭开关设备三相共箱式母线

拆卸某一段母线时,按如下步骤操作:① 压缩波纹管;② 通过相邻间隔的手孔去除定位螺栓;③ 滑动触头向右移动至终点。将右侧相邻间隔母线按同样步骤操作,就可以在不拆卸两侧母线的情况下将一段母线拆下。

安装这一段母线时,按如下步骤操作:① 压缩波纹管,将触头推到最右;② 对右侧母线执行同样操作;③ 将母线放置在安装位置,使压缩的波纹管还原到自由状态,并与两侧的壳体对接;④ 通过手孔盖将触头推至左侧,拧紧定位螺栓。

由以上介绍可见,在设计主母线时需要同时满足三个条件:可拆卸触头,可压缩壳体,可操作手孔。

4 检修研究

4.1 母线隔离开关

220 kV气体绝缘金属封闭开关设备最常见的双母线接线方式如图4所示。图4中,BBⅠ、BBⅡ为主母线,Q1、Q2、Q9为隔离开关,Q51、Q52为接地开关,Q8为快速接地开关,Q0为断路器,Z1为电缆终端,绿色线条部分为零电位,红色线条部分为工作电压。如D05间隔母线隔离开关Q2需要维修或更换,可将主回路母线电流切换到另一条母线继续工作,损坏的隔离开关Q2所在母线接地后即可进行维修。隔离开关检修操作如图5所示,具体操作如下:① 断路器断开,母线隔离开关断开;② 除D05外其余间隔BBⅠ母线隔离开关闭合,BBⅡ母线隔离开关断开,电流切换至BBⅠ母线;③ BBⅡ母线绝缘气体减至半压,隔离开关Q2降至零压并接地。此时便可以对隔离开关Q2进行维修或更换,完成后进行现场调试,最后送电。这一方案全程只停运了损坏间隔,其余间隔未受影响。图5中,灰色为半气压区,白色为大气压区,黄色为工作气压区。

图4 双母线接线方式

图5 隔离开关检修操作

4.2 断路器

断路器检修单线如图6所示。如D05间隔断路器需要检修,可将母线隔离开关与线路隔离开关全部断开,断路器接地后即可进行检修。断路器检修操作如图7所示,具体操作如下:① 母线电流切换至BBⅡ母线;② 间隔断路器断开,两侧隔离开关全部断开;③ 断路器气室压力降到零压力状态,断路器相邻气室降至半压;④ 断路器开始检修。检修完成后,进行现场调试,最后送电。这一方案检修全程只停运损坏间隔,其余间隔未受影响。

图6 断路器检修单线

图7 断路器检修操作

4.3 母线

对于220 kV气体绝缘金属封闭开关设备双母线接线方式,通过母线切换电流的方式可以对各个母线进行检修,具体操作过程可参考对母线拆卸和安装的操作。

5 扩建研究

220 kV气体绝缘金属封闭开关设备间隔扩建,单线如图8所示,需要增加一个D09间隔,但不能停电,否则会产生巨大的经济损失。

图8 间隔扩建单线

5.1 现场安装方案

(1) 前期间隔通过母线隔离开关将电流切换至BBⅠ母线,BBⅡ母线接地并拆除终端盖板。扩建间隔暂不安装BBⅠ母线,BBⅡ母线与前期间隔对接。注意只连接外壳、拉杆等,连接导体与触头暂不安装,与前期间隔可形成断口,以便进行耐压试验。扩建BBⅡ母线如图9所示,右侧的间隔为扩建间隔。

图9 扩建BBⅡ母线

(2) BBⅡ母线充六氟化硫气体,并将前期间隔母线电流切换到BBⅡ母线,BBⅠ母线接地并拆除终端盖板。此时可以将扩建间隔的BBⅠ母线安装,并与前期间隔BBⅠ母线对接。注意只连接外壳、拉杆等,连接导体与触头暂不安装。这样外部壳体已经全部对接完成,内部导体与前期间隔形成断口。扩建BBⅠ母线如图10所示。