3/2隔离开关（双断口）母线环形接线研究与应用分析

洪志鹏

3/2隔离开关（双断口）母线环形接线研究与应用分析

洪志鹏

（四川电力设计咨询有限责任公司，成都 610041）

针对双母线接线开关元件偏多的问题，受3/2断路器接线启发，本文提出3/2隔离开关母线环形接线。在双母线接线的气体绝缘金属封闭开关（GIS）设备扩建中，做交流耐压试验时要停双母线，本文引入双断口隔离开关，即采用一种全新的3/2隔离开关（双断口）母线环形接线，实现原运行线路不停电扩建。

3/2隔离开关；双断口；停电检修；可靠性评估分析

0 引言

220kV电压等级通常采用双母线或双母线分段接线方式，此接线方式开关元件偏多，不能实现电源和负荷的灵活分配及同名回路布置在不同段母线的要求，检修可靠性及调度灵活性偏弱；同时双母线接线的气体绝缘金属封闭开关（gas insulated switchgear, GIS）[1]设备扩建时，在做交流耐压试验时要停母线，为此引入双断口隔离开关解决停双母线的问题。

1 原因分析

采用SSRE-TH软件进行3/2隔离开关母线环形接线可靠性评估[2]。

1.1 接线形式分析比较

根据DL/T 5218—2012《220kV～750kV变电站设计技术规程》中规定[3]，220kV变电站中的220kV配电装置，当出线和变压器等连接元件总数为15回及以上时，宜采用双母双分段接线。例如变电站220kV配电装置最终进出线20回，220kV配电装置采用双母双分段接线，对应电气主接线如图1所示。

本文提出一种全新接线形式，采用四段母线环形接线，进（出）线通过3组隔离开关与母线联络，类似于3/2断路器接线。220kV 3/2隔离开关母线环形接线示意图如图2所示。

1.2 灵敏度分析

单串3/2隔离开关母线环形接线示意图如图3所示。具体分析如下：正常运行时，中隔离开关处于断开状态，Ⅰ母带出线1，Ⅱ母带出线2，当出线1检修或故障时，出线1断路器断开，靠Ⅰ母隔离开关拉开，Ⅰ母不停电，出线2及Ⅱ母均可不停电，可实现同名回路不同时停电检修，当出线2检修或故障时同理。

图1 220kV双母线双分段接线示意图

图2 220kV 3/2隔离开关母线环形接线示意图

图3 单串3/2隔离开关母线环形接线示意图

当任何一段母线检修或故障时，检修母线或故障母线上的回路短时停电，3/2隔离开关母线环形接线和双母线双分段一样，可以通过母线侧隔离开关分闸和转移隔离开关合闸来实现倒闸操作，将检修母线或故障母线上的回路转移到运行母线上恢复供电。

当出线1扩建时，靠Ⅰ母边隔离开关前期上齐，处于常开状态，考虑扩建做交流耐压试验，Ⅰ母要停电，串内出线2要停电，Ⅱ母可带电，其他接在Ⅰ母的出线可通过中隔离开关倒闸至另外一段母线运行，当出线2扩建时同理；双母线双分段在扩建出线时，待扩建段出线上的双母线均要停电，因此，3/2隔离开关母线环形接线优于双母线双分段接线。

综上可知，3/2隔离开关母线环形接线比双母线双分段接线的检修及调度灵活性更好。

1.3 分析计算

1）计算条件[4-6]

（1）复杂断路器模型，考虑开关动作次数及线路、机组故障率对其可靠性数据的影响。

（2）断路器故障判定时间为0.5h。

（3）隔离开关重合闸时间为0.1h。

（4）断路器拒动和继电保护误动概率为0.5%。

（5）断路器操作次数为24次/年。

（6）进线侧操作次数为24次/年。

（7）线路平均长度为240km。

（8）线路故障率为0.133 4次/（百km·年）。

2）计算原始数据

计算时选择设备可靠性参数的基本思路是：确定变压器、断路器、隔离开关、架空线、母线等5类数据的5个基本参数，即主动性故障率、平均修复时间、检修率、检修平均时间、元件价格。

220kV设备采用GIS设备，采用GIS元件可靠性参数进行计算。计算用元件可靠性参数见表1。

表1 计算用元件可靠性参数

3）电气主接线评估指标

（1）可靠性指标

故障概率、停电频率、期望故障受阻电能是关注度比较高的三个指标，分别反映了故障频次的多少、停电时间的长短及造成停电损失的大小。可靠性指标见表2。

（2）经济性指标

静态总投资：电气设备投资费用的总和。根据用户要求可选择现值或等年值。设备投资等年值的计算公式为

式中：0为设备投资；0为投资收益率；为评估年限。

表2 可靠性指标

运行费用：包括电能损失、检修、维护、折旧费等，可按投资额的比率计算或根据实际工程确定。折算年的运行费用为

可靠性成本（停电损失）：可通过直接的电度量损失计算直接损失或根据产电比计算间接损失。根据产电比理论，将变电站的年停电损失电能，转化成为经济指标，即停电损失折合费用。该值反映了可靠性水平的经济价值，可靠性高，停电损失小；可靠性低，停电损失就大。停电损失折合费用为

1··EENS （3）

式中：为电厂的功率因数；为产电比；EENS为期望电能损失。

综合经济指标为上述三部分经济指标的总和，即1，在SSRE-TH主接线可靠性评估软件中能够对上述经济指标进行全面评估，然后用于主接线经济性的比较分析。

4）累计可靠性指标

累计可靠性指标计算结果见表3。根据计算结果可知，3/2隔离开关母线环形接线的可靠性比双母线双分段接线略高。

5）经济性指标

3/2隔离开关母线环形接线的经济性定量分析，采用表4的设备价格数据。

表3 累计可靠性指标计算结果

表4 经济性指标的设备价格数据　单位: 万元/台

经济性指标计算中的有关参数取值为：产电比（定义为单位电能产生的社会效益，即停电造成的单位社会损失费用值）10元/（kW·h）；电价0.5元/（kW·h）；投资折现率8%；变电站经济使用寿命30年；年运行费用率2.5%。

采用上述经济性数据和可靠性指标计算结果，可得到经济性指标见表5。

表5 远景4变16线经济性指标　单位: 万元/年

由表5可知，投资费用占经济指标的主体，其次是与可靠性对应的停电损失折合费用，然后是运行费用。从综合年费用指标来看，由于3/2隔离开关母线环形接线投资少，其经济性指标优。经济性指标与可靠性有密切关系，具体而言，是EENS可靠性指标和产电比参数的选取影响了相应的停电损失折合费用的大小，从而会改变综合经济性指标的结果。

1.4 计算结果分析

根据以上各表数据，累计可靠性指标的比较分析：从故障概率指标来看，3/2隔离开关母线环形接线比双母线双分段接线略优；从EENS指标来看，3/2隔离开关母线环形接线比双母线双分段接线 略优。

3/2隔离开关母线环形接线比双母线双分段接线检修及调度灵活性更好。

经济性指标的比较分析：3/2隔离开关母线环形接线与双母线双分段接线相比，终期减少28组隔离开关，节省设备投资约300万元，二次设备投资也与之相当。因此，3/2隔离开关母线环形接线的经济性优于双母线双分段接线。

2 应对扩建停电措施

2.1 双断口隔离开关优点分析

3/2隔离开关（双断口）母线环形接线就是将母线间的隔离开关升级为双断口隔离开关，能减少扩建停电，双断口隔离开关优点[7-8]如下：

1）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[9-10]。两个断口组合，能承受最极端的电压情况，即运行电压和试验电压之和。

2）在动触头中间设置一组轴向布置的接地开关，能保证在一个断口发生绝缘击穿的时候，不至于影响母线的正常运行，不扩大事故范围。

3）双断口母线隔离开关的GIS设备可以不停电扩建。双断口隔离开关的两个断口组合，能承受运行电压和试验电压之和，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。

4）采用双断口母线隔离开关的GIS设备完全适用于现有国内主流厂家设备接口，具有普遍适用性。

2.2 双断口隔离开关位置分析

3/2隔离开关（双断口）母线环形接线共3种，三种接线形式对比见表6。

根据表6比较，三种接线形式可靠性相当，3/2隔离开关（中隔离开关带双断口）母线环形接线只需停一段母线，其他出线可以通过中隔离开关倒闸至另外一段母线运行，可以实现不停电扩建；3/2隔离开关（边-边隔离开关带双断口）母线环形接线扩建不但要停待扩建串内已上出线，而且双断口隔离开关比3/2隔离开关（中隔离开关带双断口）母线环形接线多1组，单串设备投资贵约6万元；3/2隔离开关（边-中-边隔离开关带双断口）母线环形接线扩建虽然可不停电，但双断口隔离开关比3/2隔离开关（中隔离开关带双断口）母线环形接线多2组，单串设备投资贵约12万元；因此3/2隔离开关（中隔离开关带双断口）母线环形接线不但经济效益好，而且技术上灵活可靠，检修扩建方便。

表6 三种接线形式对比

3 结论

通过采用SSRE-TH软件，对3/2隔离开关母线环形接线与双母线双分段接线进行可靠性评估与对比可知，3/2隔离开关母线环形接线比双母线双分段接线检修及调度灵活性更高，经济性也更好，具体表现在：

1）终期减少30组隔离开关，节省设备投资约300万元，对应二次设备配置及投资与双母线双分段接线相当。

2）可以实现电源和负荷的灵活分配，同名回路布置在不同段母线，提高供电可靠性，减少倒闸 操作。

3）当任何一段母线检修或故障停运时，母线上的回路停电，可以通过母线侧隔离开关分闸和转移隔离开关合闸来实现倒闸操作，将检修母线或故障母线上的回路转移到运行母线上恢复供电。

4）任何一段母线故障或者检修时，4台主变可正常运行。

5）中隔离开关引入双断口，能解决及避免今后GIS设备扩建双母线全停的问题，只需停其中扩建段母线，其他出线可以通过中隔离开关倒闸至另一段母线运行，实现原运行线路不停电扩建。

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Research and application analysis of 3/2 isolating switch (double break) bus ring wiring

HONG Zhipeng

(Sichuan Electric Power Design ＆ Consulting Co., Ltd, Chengdu 610041)

In view of the excessive number of switching elements in the double busbar connection, inspired by the 3/2 circuit breaker connection, this paper proposes the 3/2 isolating switch bus ring connection. In the expansion of the double busbar connection gas insulated switchgear (GIS) equipment, the double busbar should be stopped when the AC withstand voltage test is performed, so this paper introduces double-break isolating switch, which is a new 3/2 isolating switch (double-break) bus ring wiring, to realize the uninterrupted expansion of the original operation line.

3/2 isolating switch; double break; power failure overhaul; reliability evaluation analysis

2021-08-16

2021-09-03

洪志鹏（1979—），男，湖北省赤壁市人，本科，高级工程师，主要从事电力系统发变电工程设计工作。