高淼 侯继发
（国网河北省电力有限公司检修分公司 河北石家庄 050070）
摘要：文中从隔离断路器的研发、应用及发展历程等方面介绍智能化隔离断路器的完成过程，认真分析了在采用智能隔离断路器DCB优化传统变电站设计方案中，在主接线方案的优化和变电站配电设备布局的优化情况，重点进行了220kV及110kV配电装置方案的优化前后效果对比。通过分析，更加确定了智能化隔离断路器的应用前景。
关键词：智能化；隔离断路器；应用；变电站；设计优化
1智能化隔离断路器的研发和应用历程
1.1隔离断路器的研发
隔离断路器就是一种具有智能化隔离开关功能的断路器，当触头处于开关位置时，该断路器可以执行隔离开关的功能。欧美国家在2009完成了研究和设计并于2011发布成果。之后中国一些开关生产厂家也完成了研究和开发，制造出了一些产品并逐步投入到电力系统中。目前，大量的产品已投入电力系统的商业化运营。
1.2隔离断路器应用及发展历程
间隔设计的最初目的是尽可能隔离断路器，以便于开展电路的维护。这是在当时断路器的故障率远远高于隔离开关的故障率的现实情况下采用的措施。一般断路器维修周期为1-2年，而隔离开关检修周期可达到4-5年。
在实际应用中，由于隔离开关的接触暴露在空气中，在运行过程中容易受到雨水和污染气体的腐蚀，接触表面被腐蚀氧化，保持接触压力的弹簧部件也容易受到腐蚀，弹性力下降，这些现象都会导致接触电阻的增加。在冬季，接触也可能受到冻结的影响，无法达到正常的功能。部分隔离开关的传动部件由于腐蚀和缺少润滑保养而容易被卡住。因此，断路操作中断开开关的故障率明显高于密封断路器的故障率。
相对而言，近二十年来，SF6断路器在110kV系统中得到了广泛的应用。特别是具有弹簧操动机构的自供电灭弧SF6断路器结构简单，功能紧凑，可靠性高。根据GPMS系统的统计，110kV以上断路器的可靠性指标为20A，隔离开关的可靠性指标为5A，可以看出隔离开关的可靠系数远低于断路器的可靠系数。断路器的隔离开关组已成为正常使用阴影区间的制约因素。近年来，一种集成传统断路器、隔离开关和电子式电流互感器的电气设备逐渐成熟和应用。这就是我们使用的隔离断路器。
1.3隔离断路器（DCB）的主要组成
隔离断路器是在传统断路器的基础上多种元件的集成，最简单的隔离断路器也是断路器和隔离开关功能集成。传统隔离开关的功能是通过DCB灭弧室的接触实现的，从而形成了具有隔离开关功能的断路器。隔离断路器具有三个位置，即闭合位置、开关位置和隔离开关位置。隔离断路器的断路位置触点可以作为隔离开关的开触点，满足隔离开关的功能要求，并为维护线路提供可靠的断点。由于没有直接外露的接触，其维护周期可长达15年以上。
除隔离开关外，隔离室断路器还可集成接地刀闸和电子电流互感器的功能。通过集成制造，一个或多个设备可以高度集成，实现多种功能组合，节省控制器件占用的空间，降低控制系统的投资。
1.4隔离断路器的智能化
根据智能电网设备状态可视化的要求，在隔离断路器的设计和制造中，实现了与在线监测装置的深度融合，实现了智能化，完成了设备状态的实时监测，设备的可靠性明显增强。通过该系统的集成和组合，智能隔离断路器可以包括断路器、一组隔离开关、一组接地刀闸、一组电流互感器和一组电压互感器等多个控制元件，且具有以下优点：
一是将电子变压器和断路器本体的集成集成到工厂制造环节，取消变电站中的独立电流互感器节省了土地占用。二是通过断路器的同步控制器控制开关时间，消除瞬态电流或电压，实现智能开闭控制技术，实现智能消弧，减少对系统的影响，更有利于提高电能质量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆三是采用新结构和新技术，实现断路器与变压器、隔离断路器和智能元件的深度融合，也实现了对SF6断路器的气体压力、密度和机械特性进行在线检测，能更好地保证电力设备的可靠性。四是通过智能DCB的深度集成，在一个区间内大大简化了组件，更有利于系统的设计和布置。
2应用智能隔离断路器DCB在变电站设计可完成的优化。
2.1可完成主接线方案的优化
应用智能隔离断路器DCB优化后，220kV主接线采用双母线接线，采用隔离断路器，消除主变压器和线路离线隔离开关，更方便整个系统的设计。还通过110kV主接线双母线CONN对单母线三段接线进行优化，取消主变压器和线路出线，实现了母线侧隔板分离。接线图更加优化，更加简便、清楚，减轻了绘制难度同时提高了整体的质量。
2.2变电站配电设备布局的优化
2.2.1 220kV配电装置方案的优化与效果对比
优化方案220kV配电装置接线方式与之前完全相同，均采用母线接线，配电装置采用支管母线相位分布，双母线支座采用T型构架，220kV设备布置在母线下，母线通过套管直接和导线连接。在原来方案中，每个区间的宽度为13米，区间的总宽度为11x13＝143米，垂直长度为54米。
在应用新型的智能隔离断路器进行优化设计后，将220kV配电装置布置成双排，每个区间的大小从13米到11.5米优化，距离原来的3.5米到3米，共有6个区间，宽度是从原来的143米到69米，两条主线都采用管式母线，母线与母线间距从原来的3.5米，优化为2.5米。优化后220kV配电装置双排布置的纵向长度为43米，220kV配电装置的单列布置比原方案还减少11米。优化后变电站的配电设备占地面积大幅变小，总共为3627平方米，仅占原来计划的44.3%，节约占地面积48 13平方米（约7.2亩）。
2.2.2 110kV配电装置方案的优化与效果对比
原方案是配电装置采用双母线接线，母线支架为7米高的T型架，彼此间的距离为1.6米，110kV配电装置布置在母线下，配电装置排成一排，母线采用套管连接，通过导线直接与母线连接。每个区间的宽度为8米，区间的总宽度为8x17＝136米。
采用智能隔离断路器进行方案优化后，配电装置采用单母线三段接线，主母线采用气体绝缘母线（GIB），结构更加紧凑，保护等级更高，使用寿命更长，使用过程中无需进行维修。110kV设备分别布置在主母线两侧，实行两排并列式布置。主母线衬套与各间隔设备直接通过导线连接。两个跨度为7m宽的关节结构用于每个间隔的输出间隔。分配器的总宽度从136减少到70米，纵向深度从37.5米降低到16.5米。相比之下，优化后110kV配电网布置方案中变电站内部的配电设备占地面积更小，总面积只用到了1442平方米，仅占原方案的24%，节约占地面积为4558平方米（约6.8亩）。
结束语：
智能隔离断路器是在多年的断路器应用实践中，经过长期的应用新技术和性能完善改进最终研发和制造而成的集成化电力控制设备。采用新型智能隔离断路器进行变电站的设计优化，取代了许多独立的隔离开关和变压器，简化了变电站的布置，降低了安装、维护和维护的成本，隔离断路器的设计和维护周期将更长，故障发生率远远低于传统的隔离开关，有效延长了整个变电站设备的使用寿命和建设周期。将隔离开关、接地刀闸、电流互感器、电压互感器等功能集成在变电站220kV和110kV系统中，实现了变电站主接线的简化，减少了占地面积。同时，节省了大量的材料消耗，减少了设备基础和土木工程的工作量，对变电站的建设和运行具有十分重大性的意义。
参考文献：
[1]彭鹄，田娟娟，陈燕，闫培丽，史京楠.重庆大石220kV新一代智能变电站优化设计[J].电力建设，2013，34（7）：30-36.
[2]李劲彬，阮玲，陈隽.应用于新一代智能变电站的隔离断路器[J].电力建设，2014，35（1）：30-34.
论文作者:高淼,侯继发
论文发表刊物:《河南电力》2018年10期
论文发表时间:2018/11/16
标签：断路器论文; 母线论文; 变电站论文; 接线论文; 智能论文; 设备论文; 方案论文; 《河南电力》2018年10期论文;