宋昭

（湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430040）

GIS設(shè)備因在節(jié)約用地、簡(jiǎn)化運(yùn)維等方面有顯著的優(yōu)越性，在城市電網(wǎng)建設(shè)中已經(jīng)大量應(yīng)用。隨著供電負(fù)荷不斷提升及電網(wǎng)優(yōu)化的需求，GIS設(shè)備的改擴(kuò)建工程逐漸增多。同時(shí)，隨著一批早期投運(yùn)的GIS設(shè)備運(yùn)行年限的增長(zhǎng)，也進(jìn)入維修周期。

1 交流耐壓試驗(yàn)?zāi)妇€隔離開(kāi)關(guān)斷口電壓分析

針對(duì)GIS設(shè)備間隔進(jìn)行不停電交流耐壓試驗(yàn)的情況來(lái)進(jìn)行分析。此時(shí)假設(shè)Ⅰ母線和Ⅱ母線均帶電運(yùn)行，同電壓等級(jí)的GIS設(shè)備不停電。此時(shí)，試驗(yàn)時(shí)直接通過(guò)套管對(duì)擴(kuò)建的間隔進(jìn)行加壓。隔離開(kāi)關(guān)DS1、DS2都斷開(kāi)，接地開(kāi)關(guān)ES3斷開(kāi)，斷路器CB閉合。在試驗(yàn)過(guò)程中，隔離開(kāi)關(guān)DS1和DS2斷口兩端承受的電壓為運(yùn)行母線相電壓和耐壓試驗(yàn)電壓差（向量差）。

1.1 試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓頻率相位均不同

如果試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓頻率相位不同，則_隔離開(kāi)關(guān)斷口電壓：

ΔU=U1?U2=1sin(ω1t??1)?2sin(ω2t??2)

一般情況下試驗(yàn)電壓的頻率在30～100Hz之間，即30Hz＜f1＜100Hz，那么肯定存在一個(gè)t，取使U1最大值，U2取最小值， ΔUmax=U1+U2)，此時(shí)隔離開(kāi)關(guān)承受電壓為最極端的情況，即試驗(yàn)電壓剛好和母線運(yùn)行電壓相位反相（峰值時(shí)相位差180°），隔離開(kāi)關(guān)斷口上承受的電壓為試驗(yàn)電壓與母線運(yùn)行電壓幅值之和，如圖1（a）所示，隔離開(kāi)關(guān)斷口上所承受的電壓最大，則將導(dǎo)致隔離斷口突然擊穿而危及正在運(yùn)行的設(shè)備。

1.2 試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓頻率相同，相位不同

如果試驗(yàn)電壓和母線運(yùn)行電壓頻率相同，相位不一致，即ω1= ω2=ω0，?1≠ ?2，此時(shí)隔離開(kāi)關(guān)斷口上的電壓為：

ΔU=U1?U2=1sin(ω0t??1)?2sin(ω0t??2)

圖1 斷口上的電壓波形示意圖

1.3 試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓頻率相位均相同

如果試驗(yàn)電壓和母線運(yùn)行電壓頻率、相位相同，即處于同頻同相試驗(yàn)狀態(tài)下時(shí)，此時(shí)為便于計(jì)算，設(shè)?1=?2=0且ω1= ω2=ω0，則在隔離開(kāi)關(guān)斷口上的電壓為：

此時(shí)隔開(kāi)開(kāi)關(guān)斷口上電壓與試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓一起變化，且當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)斷口上電壓為試驗(yàn)電壓與運(yùn)行電壓幅值之差，如圖1（b）所示（其中U1為耐壓試驗(yàn)電壓，U2為母線運(yùn)行電壓），其上所承受的電壓最低，斷口處將不會(huì)出現(xiàn)擊穿的情況。

2 解決GIS交流耐壓試驗(yàn)?zāi)妇€陪停問(wèn)題的方法

通過(guò)分析GIS設(shè)備母線隔離開(kāi)關(guān)斷口電壓產(chǎn)生的原因及大小，可以得出不停電進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)的解決方法。

一是采用與工作電壓同頻同相交流的試驗(yàn)電壓。通過(guò)上面的分析我們可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)GIS設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)不停電交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，只要試驗(yàn)電壓和運(yùn)行電壓頻率相位不一致，在試驗(yàn)過(guò)程中必然出現(xiàn)試驗(yàn)電壓疊加反向運(yùn)行電壓，使隔離斷口出現(xiàn)電壓最大的情況，因此傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法不能滿足運(yùn)行部分帶電進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)的條件。二是提高母線隔離開(kāi)關(guān)斷口的耐壓值。受制于GIS設(shè)備尺寸的限制，傳統(tǒng)的通過(guò)增加隔離斷口開(kāi)距的方法并非最有效的解決方法。目前一種基于雙斷口母線隔離開(kāi)關(guān)的GIS不停電擴(kuò)建模塊已經(jīng)通過(guò)型式試驗(yàn)的驗(yàn)證，正式產(chǎn)品即將發(fā)布。

3 基于雙斷口母線隔離開(kāi)關(guān)的GIS設(shè)備不停電擴(kuò)建技術(shù)

綜上分析，為滿足GIS間隔擴(kuò)建交流耐壓試驗(yàn)時(shí)不停母線的需求，需研發(fā)一種新型的GIS不停電擴(kuò)建設(shè)備，即能保證擴(kuò)建過(guò)程中以及交流耐壓試驗(yàn)時(shí)對(duì)原GIS設(shè)備不需停電，又能夠降低對(duì)接安裝過(guò)程中對(duì)接新舊SF6氣室的風(fēng)險(xiǎn)，有效節(jié)省擴(kuò)建工期，提高施工效率，避免由于母線停電帶來(lái)的各種損失。

3.1 具有接地聯(lián)動(dòng)功能的雙斷口隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備介紹

目前常規(guī)的隔離開(kāi)關(guān)只有一個(gè)斷口，當(dāng)隔離開(kāi)關(guān)氣室內(nèi)的氣體密度下降、氣體含水量上升或者操作次數(shù)增多后導(dǎo)致氣室內(nèi)含有懸浮的金屬粉末等，均會(huì)直接影響隔離開(kāi)關(guān)的絕緣性能。即使上述情況未發(fā)生，由于交流耐壓試驗(yàn)導(dǎo)致的隔離開(kāi)關(guān)斷口電壓上升也有可能導(dǎo)致隔離開(kāi)關(guān)在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生絕緣擊穿。

一種雙斷口的隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備能從根本上解決傳統(tǒng)隔離開(kāi)關(guān)帶來(lái)的問(wèn)題。雙斷口隔離開(kāi)關(guān)包括動(dòng)觸頭座、一對(duì)動(dòng)觸頭和一對(duì)靜觸頭。動(dòng)觸頭座設(shè)在隔離開(kāi)關(guān)腔體的中部；一對(duì)靜觸頭分別設(shè)在動(dòng)觸頭座的相對(duì)兩旁；一對(duì)動(dòng)觸頭設(shè)在所述的動(dòng)觸頭座內(nèi)部且能從相對(duì)方向伸出動(dòng)觸頭座與對(duì)應(yīng)的靜觸頭接觸配合。

雙斷口隔離開(kāi)關(guān)的兩個(gè)斷口分別能滿足單斷口的絕緣要求，即任何一個(gè)斷口均能滿足運(yùn)行電壓或試驗(yàn)電壓的耐壓要求。分析交流耐壓試驗(yàn)時(shí)母線隔離開(kāi)關(guān)斷口承受的最大電壓ΔUmax=(U1+U2)，隔離開(kāi)關(guān)斷口上承受的電壓為試驗(yàn)電壓與母線運(yùn)行電壓幅值之和。

3.2 GIS設(shè)備不停電擴(kuò)建設(shè)備建設(shè)方案

基于雙斷口母線隔離開(kāi)關(guān)的GIS設(shè)備不停電設(shè)備其最大的優(yōu)點(diǎn)為：在雙母線的布置方式中，每間隔僅需要一個(gè)集成的模塊來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的母線隔離開(kāi)關(guān)，即可保證GIS母線在擴(kuò)建施工以及耐壓試驗(yàn)全過(guò)程均不停電且安全可靠的運(yùn)行。其實(shí)現(xiàn)的基本方法如下。

（1）在一期新建工程中，安裝備用間隔的雙斷口母線隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備。如果在新建過(guò)程中已經(jīng)安裝了雙斷口的母線隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備（母線也隨隔離開(kāi)關(guān)上齊），就可以在擴(kuò)建安裝工程中不停電。

（2）雙斷口母線隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備安裝完成后，雙母線均可正常帶電運(yùn)行。擴(kuò)建工程實(shí)施時(shí)，將需要擴(kuò)建的間隔與母線隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行對(duì)接安裝和交流耐壓試驗(yàn)。安裝和交流耐壓試驗(yàn)過(guò)程中母線均可以保持正常帶電運(yùn)行。

擴(kuò)建間隔與母線隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備對(duì)接安裝的具體步驟如下：①將第一～第五氣室內(nèi)充入額定壓力的SF6氣體。氣室分布圖詳見(jiàn)圖2。②將DDS1、DDS2操作為分閘狀態(tài)，ES1、ES2操作為合閘狀態(tài)。③將ES3操作為合閘狀態(tài)。④將第二氣室、第四氣室的氣體氣壓從額定氣壓降低為安全氣壓。同時(shí)回收第五氣壓的氣體，至大氣氣壓。⑤拆開(kāi)預(yù)留擴(kuò)建端的密封蓋進(jìn)行擴(kuò)建間隔的安裝。⑥安裝完成后，將第二、第四及第五氣室的SF6氣體壓力補(bǔ)充到額定壓力。⑦將ES1、ES2、ES3操作為分閘狀態(tài)，將DDS1、DDS2操作為合閘狀態(tài)。擴(kuò)建間隔與母線隔離開(kāi)關(guān)模塊對(duì)接安裝工作全部完成。擴(kuò)建間隔的交流耐壓試驗(yàn)具體步驟如下。

圖2 雙斷口母線隔離開(kāi)關(guān)的GIS設(shè)備交流耐壓試驗(yàn)接線示意圖

第一，將第一至第五氣室內(nèi)充入額定壓力的SF6氣體。對(duì)擴(kuò)建間隔也充入額定壓力的SF6氣體。第二，保持間隔斷路器（CB）為分閘狀態(tài)，將DDS1、DDS2操作為分閘狀態(tài)。第三，將ES1、ES2操作為合閘狀態(tài)，保持ES3、FES為分閘狀態(tài)。操作CB為合閘狀態(tài)。第四，通過(guò)交流耐壓試驗(yàn)裝置與擴(kuò)建的間隔出線端套管連接，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓交接試驗(yàn)。第五，交接試驗(yàn)完成過(guò)后，拆除與試驗(yàn)裝置的連線。第六，將ES1、ES2、ES3操作為分閘裝置。將DDS1、DDS2操作為合閘狀態(tài)。將CB操作為合閘裝置。擴(kuò)建間隔即完成正常帶電投運(yùn)。

3.3 GIS設(shè)備不停電擴(kuò)建設(shè)備在本工程中的應(yīng)用前景

基于雙斷口母線隔離開(kāi)關(guān)的GIS設(shè)備不停電設(shè)備的優(yōu)勢(shì)能在變電站擴(kuò)建時(shí)體現(xiàn)出。其適用于在任意電壓等級(jí)、任意接線的GIS變電站，尤其適用于雙母線變電站。

4 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有廠家研制出220kV GIS雙母線雙斷口隔離開(kāi)關(guān)，而且已經(jīng)通過(guò)了產(chǎn)品的型式試驗(yàn)驗(yàn)證，該模塊可大幅度降低GIS氣室在母線對(duì)接安裝過(guò)程中的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，大幅節(jié)省SF6氣體的充放處理時(shí)間，有效提高工作效率。