CN101662132B - 110kV/220kV电压等级组合电器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合电器，特别是一种110kV/220kV电压等级组合电器及其应用。本发明的组合电器是在原有HGIS基础上的创新，因此其简称为XHGIS。本发明的特点在于，提供一种不带母线隔离开关的新型组合电器及其在配电装置中的应用，能设计出一种安装、扩建、运行方便的新型配电装置；整个技术方案用地少，能充分利用母线下方空间，比典型设计的屋外AIS方案占地减少30％～40％；本发明的投资也少，相对HGIS少，且其综合投资费用与AIS方案相比不再处于劣势；同时，本发明还具有检修断路器时母线不需要停电，不影响母线运行，可靠性比较高的特点，既充分发挥SF6组合电器的优势，又能克服其检修、扩建方面的劣势。

Description

110kV/220kV电压等级组合电器及其应用
技术领域
本发明涉及一种复合电器，特别是一种110kV/220kV电压等级组合电器及其应用。本发明的组合电器是在原有HGIS基础上的创新，因此将其简称为XHGIS，当中的“X”表示“新”的意思，有新型和创新的意思。
背景技术
本发明所涉及的相关定义：
AIS：指单体设备以空气作为绝缘介质进行布置的配电装置，为包括有断路器、隔离开关、接地开关、母线、互感器、避雷器等单体设备的组合，是一种常规敞开式的开关设备组合。
GIS(Gas Insulated Switchgear)：指以六氟化硫(SF6)气体作为绝缘介质，将多个设备及母线组合在一起的设备组合体，即SF6全封闭组合电器。它将一座变电站中除变压器等大型的一次设备外，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等一次设备，经优化设计有机地组合成一个整体。
HGIS(Hypid Gas Insulated Switchgear)：指以六氟化硫气体作为绝缘介质，将多个设备(根据需要可以有断路器、母线隔离开关、出线隔离开关、互感器、避雷器等)组合在一起的电器，而母线以空气作为绝缘介质，不包括在组合电器中。HGIS是一种介于GIS和AIS之间的高压开关组合设备。HGIS的结构与GIS基本相同，但它不包括母线设备。母线不装于SF6气室，是外露的。
PASS开关组合电器：以六氟化硫气体作为绝缘介质，仅将母线隔离开关、断路器、电流互感器等组合(不包括出线隔离开关)在同一气室的组合电器。
2005年国家电网公司颁布的《典型设计(220kV变电站分册)》中的高压配电装置，按所选的设备形式不同主要有三种，即AIS、GIS、HGIS。以上三种配电装置中，AIS是一种常规方案，但其运行条件比较恶劣，毫无遮挡地放置在变电站中，常年累月受到各种环境和气候条件的作用，容易产生机械或电气方面的故障。随着设备的老化和用电负荷的增加，AIS的各设备引起的停电事故呈上升趋势，威胁着电力系统的运行安全；但是AIS具有设备投资低，扩建方便，检修断路器时，母线不需要停电等优点。GIS方案将AIS中的所有设备包括母线在内通过一种封闭气室集结成一种模块，以SF6气体作为绝缘介质，大大缩短了绝缘距离，节省了大量的用地面积，也大大提高了运行可靠性，但是该产品造价昂贵，不利于推广使用，且其设备均为配套设备，扩建、检修都十分不便，需要停电较长时间，影响范围广。HGIS方案来源于GIS方案，除了母线以空气绝缘外，其余设备与GIS相同都是全密封在SF6气室中，这是由于母线的维护量小，将其脱离封闭气室，可以节约相当一部分封闭母线管的费用。PASS开关的二次保护与常规保护还存在配合问题，开关设备本身还未达到免维护或极少维护的水平，以及我国电网的运行管理水平还不是很高，使得PASS开关选择配套保护设备有局限性，不能隔离故障点、检修停电范围大等缺点较为突出。
比较上述四种布置方案：AIS、GIS、HGIS、PASS开关，
●从占地上来说，AIS方案的占地面积最大，取为100％，GIS方案占地面积最小，约为11％～23％(对应屋内由电缆出线与架空出线)，屋外布置约40％，HGIS与PASS方案的占地约为80％；
●从运行可靠性方面来说，GIS可靠性最高，其次是HGIS和PASS方案，AIS较差；
●从投资角度来说，AIS最经济，以100％表示，GIS约140％～145％，HGIS约为110％～115％，PASS加上出线隔离开关也差不多是110％～115％；
●比较其维护工作量，AIS最大，GIS最小，HGIS和PASS居中；
●比较扩建的难易程度，GIS是最不方便的，且扩建停电时间长，而AIS、HGIS、PASS方案的扩建比较方便；
●比较检修断路器对供电的影响，GIS、HGIS以及PASS方案中，因断路器检修时，在抽真空、充六氟化硫气体的过程中，母线要停电，而AIS方案在断路器检修时，不需要停电。
由上述的综合比较表中可以看出各种技术方案的优势和劣势。然而，就HGIS方案来说，其继承了GIS的优点-运行可靠性较高、占地面积较小，同时还具有AIS的优点-扩建比较方便，但是设备投资仍然偏高，而且还有一个很大不足之处：即在断路器检修时，主母线会短时停电。这是因为在HGIS方案中，断路器CB和母线隔离开关DS为相邻气隔(参照附图1)，CB检修完毕抽真空充气时，CB相邻气隔DS的气室必须放气减压，此时的DS相连的对应母线应停电以保证操作过程中内绝缘的可靠性。主母线的短时停电将带来巨大的损失和操作上、使用上的极为不便。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种可带电检修、且减少投资的110kV/220kV电压等级组合电器及其应用。
本发明中的组合电器是通过以下途径来实现的：
110kV/220kV电压等级组合电器，包括有断路器、出线隔离开关和第一互感器、第二互感器两个互感器，其结构要点在于，出线隔离开关、第一互感器、断路器、第二互感器依序串联电连接，并以六氟化硫气体为绝缘介质，将电连接的出线隔离开关、两个互感器和断路器封闭在绝缘气体的气室内，出线连接在出线隔离开关一侧的六氟化硫出线套管上，在第二互感器一侧通过六氟化硫母线侧套管与以空气作为绝缘介质的母线隔离开关相连接，母线隔离开关的另一端连接同样以空气作为绝缘介质的母线。
本发明可以提供一种SF6气体封闭的组合电器+空气绝缘的母线隔离开关的新型配电装置。在变电站中，决定进出线回路的可靠度的主要因素是串联元件：断路器、互感器和出线隔离开关，母线隔离开关即使是以空气绝缘，其故障率是很低的，如果是双母线的话，需要两组母线隔离开关，为并联连接，其故障率就更低。另外，110kV/220kV空气绝缘的母线故障率约为3次/百条年，对于采用空气绝缘的双母线的屋外配电装置，在母线故障率已经比较低的情况下，双母线同时故障停运的概率就更低，大约在9×10-4次/年。本发明将原来用SF6气体绝缘的母线隔离开关从HGIS中分离出来，成为空气绝缘的母线隔离开关，对整个回路的可靠性影响很小，但却带来一特大优势，即断路器检修时，其只需要本回线路停运，而连有其他运行线路的母线不需要停电，这就可以消除断路器检修过程中，母线有短时间停电的缺点，因此检修方便；另一方面，母线隔离开关采用空气绝缘，可减少一组和一定长度的SF6绝缘的封闭母线，对于一个回路220kV来说可减少25米左右SF6封闭母线及三只SF6套管，约可降低设备费用40万元，可减少相当一部分的投资。也就是说，本发明将母线隔离开关以空气作为绝缘介质，放置在组合电器之外，既可以在断路器检修时，母线不停电，实现带电检修，还可以节约投资，减少成本，使得本发明所述技术方案既有AIS的优势：经济、断路器检修不停电、扩建方便，又有GIS方案的优势：运行可靠性高、用地少，相对HGIS有很大的优化，故称为XHGIS组合电器，即“新型HGIS组合电器”。
本发明可以进一步具体为：
第一互感器和第二互感器均为一种电流互感器，二者分别布置安装在断路器两侧。
常规敞开式设备组合中，由于电流互感器只能布置在断路器单侧，可能引起保护上的死区，将电流互感器安装在断路器两侧，可以消除这样的保护上的死区。
电流互感器可以是电磁式电流互感器，也可以是电子式电流互感器。
基于上述110kV/220kV电压等级组合电器当在双母线接线的配电装置上应用时，其要点在于包括如下部分：
第一组母线、第二组母线、母线架、母线与出线联合构架，
一套如上所述的XHGIS组合电器、出线电压互感器、避雷器，第一母线隔离开关、第二母线隔离开关；
从变电站所区围墙开始到主干道依序布置设备如下：出线电压互感器、避雷器，XHGIS组合电器，第二母线隔离开关和第一母线隔离开关；
第一母线隔离开关连接第一组母线，第二母线隔离开关连接第二组母线，XHGIS组合电器的母线侧套管与第二母线隔离开关采用管母线进行架高连接，在它们之间提供一条运输检修通道；
XHGIS组合电器的出线套管以及出线电压互感器、避雷器在母线与出线联合构架下方与对应的出线连接。
在原有的HGIS配电装置的设计方案中，由于外接的母线和出线线路是需要一定的安全距离的，为便于与母线和出线线路直接连线，须加长封闭母线长度，以保证出线与母线之间的安全距离，这样必然导致增加用地面积。而本发明将母线隔离开关独立出整体设备，以空气绝缘，这就灵活了母线隔离开关的安装位置，将其远离SF6气体封闭的组合电器，出线便可直接外接，简化了施工程序。这样还可以将原有的检修通道设置在母线隔离开关和SF6气体封闭的组合电器之间所空留出的位置上，从整体上缩短了变电站的设备布置宽度，从占地上便可节省相当的用地面积，在此意义上也节省了相当的投资，特别是在用地紧张的时候。
当110kV/220kV电压等级组合电器用于单母线接线的配电装置时，只要将第一母线、母线架以及相应的第一母线隔离开关取消便可。
综上所述，本发明的特点在于，提供一种不带母线隔离开关的新型组合电器及其在配电装置中的应用，使用这种不带母线隔离开关的组合电器，便能设计出一种安装、扩建、运行方便(因为在母线隔离开关和组合电器之间能合理布置出一条运输通道)的新型配电装置；本发明所述整个技术方案用地少，能充分利用母线下方空间布置本发明所述的组合电器和运输通道，这样一来，可比典型设计的屋外AIS配电装置方案占地减少30％～40％；本发明的投资也少，相对HGIS，在其母线隔离开关与空气绝缘的隔离开关等价的前提下，由于减少了一组SF6套管和一定长度的封闭母线管，再加上减少的征地及其相关土建费用等，其综合投资费用与AIS方案相比不再处于劣势；同时，本发明还具有检修断路器时母线不需要停电(只需检修的本回路停电，范围与AIS设备相同)，不影响母线运行，可靠性比较高的特点，既充分发挥SF6细合电器的优势，又能克服其检修、扩建方面的劣势。
附图说明
图1所示为本发明背景技术所述HGIS的结构示意图；
图2所示为本发明所述HGIS方案配电装置的间隔断面示意图。
图3所示为本发明所述XHGIS的结构示意图；
图4所示为本发明最佳实施例所述XHGIS方案配电装置间隔断面示意图。
图5所示为本发明所述XHGIS方案单母线接线配电装置间隔断面示意图。
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施例
最佳实施例：
参照附图3，110kV/220kV电压等级组合电器，包括有断路器CB、互感器CT和出线隔离开关DS，互感器CT为电流互感器，有两组，包括第一电流互感器CT1和第二电流互感器CT2；出线隔离开关DS一端连接出线套管BSG1，另一端连接第一电流互感器CT1；两组电流互感器分别放置在断路器CB的两侧，与断路器CB电连接；第二电流互感器CT2连接母线侧套管BSG2；并以六氟化硫(SF6)气体为绝缘介质，将电连接的出线隔离开关DS、互感器CT和断路器CB封闭在SF6绝缘气体气室内，母线隔离开关以空气作为绝缘介质，其一端通过母线侧套管BSG2以及被封闭的电流互感器与被封闭的断路器CB电连接，另一端连接同样以空气作为绝缘介质的母线。
参照附图2和附图4，为了描述方便，我们进行对比：附图2是现有技术HGIS在配电装置中应用的示意图，附图4是本发明所述组合电器在配电装置中应用的示意图。
见附图2，并参照附图1，HGIS接线时，其第一组母线IM和第二组母线IIM需要分别连接SF6气体封闭且相邻的两母线隔离开关DS1和DS2，为了保证两组母线的距离，对于220kV的HGIS需要增加两母线隔离开关之间一段长约5mSF6绝缘的封闭母线1。另外，因为HGIS出线套管BSG1与第二组母线IIM之间安全距离不够，因此还需要增加约3m的SF6绝缘封闭母线2，以增加安全距离。由于HGIS的整体设备较长，为L1，大约有13m，只能利用第一组母线IM下方的空间设立运输检修通道，这样在运输、检修、安装方面是比较不方便的，对应220kV配电装置的间隔长度L2达37m。
见附图4，并参照附图1，以双母线为例，本发明所述新型的XHGIS组合电器在配电装置中的应用，包括如下部分：
第一组母线IM、第二组母线IIM、母线架、母线与出线联合构架；
一套如上所述的XHGIS组合电器、出线电压互感器PT、避雷器MOA，第一母线隔离开关MDS1、第二母线隔离开关MDS2；
从变电站所区围墙开始到主干道依序布置设备如下：出线电压互感器PT、避雷器MOA，XHGIS组合电器，第二母线隔离开关MDS1和第一母线隔离开关MDS2；
第一母线隔离开关MDS1连接第一组母线IM，第二母线隔离开关MDS2连接第二组母线IIM，XHGIS组合电器的母线侧套管BSG2与第二母线隔离开关MDS2采用管母线进行架高连接，在它们之间提供一条运输检修通道；
XHGIS组合电器的出线套管BSG1以及出线电压互感器PT、避雷器MOA在母线与出线联合构架下方与对应的出线连接。
在接线时，两组空气绝缘的第一母线隔离开关MDS1和第二母线隔离开关MDS2，排列在第一组母线IM的下方，这样可以为XHGIS的布置留出一定空间。XHGIS中连接母线隔离开关的母线侧套管高度较高，其与第二母线隔离开关MDS2之间以架空方式布线，采用管母线连接，这样便能充分利用第二组母线IIM下方的空间，开设出一条运输检修通道，该通道为运输、安装、检修维护通道，这样该通道既邻近XHGIS，也邻近两组母线隔离开关，在运输、安装设备，检修维护设备方面极为方便。而第一组母线IM下方则分布两组母线隔离开关，这样两组母线下方的空间便得到了充分利用，从图中可以清晰看出。另外，由于XHGIS的出线套管BSG1在母线隔离开关、通道和自身设备长度的控制下，其已经靠近出线下方与出线可直接连接。对于220kV的XHGIS便可省略附图2中约5m SF6绝缘的封闭母线1和3m的封闭母线2，极大节约了设备的费用，XHGIS组合电器的整体构造长度为L3，约为4m左右，体积相对原有的HGIS要小很多，而运输检修通道又设立在其边上，对XHGIS是很有好处的，具有良好的可接近性，便于上人清理和进行设备维护。对应220kV配电装置的间隔长度L4也只需35m。
在检修断路器CB时，将常规敞开式的MDS1、MSD2刀口打开，断路器CB两侧接地开关合上，使XHGIS与带电母线之间形成一个明显可见的断口，符合多年来运行检修的习惯，保证了运行检修人员的安全。
以上所述为应用于双母线接线的配电装置实例，当用于单母线的配电装置时，只需将靠近主干道的母线、母线架以及相应的母线隔离开关取消，间隔断面的尺寸作相应调整便可同样实现断路器检修过程中母线不需短时停电；能充分利用母线下方的空间布置运输检修道，达到既节省用地，又方便安装、运输、检修的目的，见附图5，对应220kV配电装置的间隔长度L5约27m。
本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (5)

1.110kV/220kV电压等级组合电器，包括有断路器、出线隔离开关和第一互感器、第二互感器两个互感器，其特征在于，出线隔离开关、第一互感器、断路器、第二互感器依序串联电连接，并以六氟化硫气体为绝缘介质，将电连接的出线隔离开关、两个互感器和断路器封闭在绝缘气体的气室内，出线连接在出线隔离开关一侧的六氟化硫出线套管上，在第二互感器一侧通过六氟化硫母线侧套管与以空气作为绝缘介质的母线隔离开关相连接，母线隔离开关的另一端连接同样以空气作为绝缘介质的母线。
2.根据权利要求1所述的110kV/220kV电压等级组合电器，其特征在于：第一互感器和第二互感器为一种电流互感器，第一互感器和第二互感器分别布置安装在断路器两侧。
3.根据权利要求2所述的110kV/220kV电压等级组合电器，其特征在于：电流互感器可以是电磁式电流互感器，也可以是电子式电流互感器。
4.一种如权利要求1所述的110kV/220kV电压等级组合电器的应用方法，其特征在于，该方法使用到如下组成：
第一母线组、第二母线组、母线架、母线与出线联合构架，
110kV/220kV电压等级组合电器一套，出线电压互感器、避雷器，第一母线隔离开关、第二母线隔离开关；
从变电站所区围墙开始到主干道依序布置设备如下：出线电压互感器、避雷器，110kV/220kV电压等级组合电器，第二母线隔离开关和第一母线隔离开关；
第一母线隔离开关连接第一组母线，第二母线隔离开关连接第二组母线，110kV/220kV电压等级组合电器的母线侧套管与第二母线隔离开关采用管母线进行架高连接，在它们之间提供一条运输检修通道；
110kV/220kV电压等级组合电器的出线套管以及出线电压互感器、避雷器在母线与出线联合构架下方与对应的母线和出线连接。
5.根据权利要求4所述的110kV/220kV电压等级组合电器的应用方法，其特征在于：电压互感器可以是电磁式电压互感器，也可以是电子式电压互感器。
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