110kV/220kV電壓等級組合電器及其應用的製作方法

2023-09-16 07:17:50

專利名稱：110kV/220kV電壓等級組合電器及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種複合電器，特別是一種110kV/220kV電壓等級組合電器及 其應用。本發明的組合電器是在原有HGIS基礎上的創新，因此將其筒稱為 XHGIS，當中的"X"表示"新"的意思，有新型和創新的意思。
背景技術：
本發明所涉及的相關定義
AIS:指單體設備以空氣作為絕緣介質進行布置的配電裝置，為包括有斷路 器、隔離開關、接地開關、母線、互感器、避雷器等單體設備的組合，是一種 常規敞開式的開關設備組合。
GIS (Gas Insulated Switchgear):指以六氟化硫(SF6)氣體作為絕緣介質， 將多個設備及母線組合在一起的設備組合體，即SF6全封閉組合電器。它將一座 變電站中除變壓器等大型的一次設備外，包括斷路器、隔離開關、接地開關、 電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進出線套管等一次設備， 經優化設計有機地組合成一個整體。
HGIS ( Hypid Gas Insulated Switchgear):指以六氟化硫氣體作為絕緣介質， 將多個設備(根據需要可以有斷路器、母線隔離開關、出線隔離開關、互感器、 避雷器等)組合在一起的電器，而母線以空氣作為絕緣介質，不包括在組合電 器中。HGIS是一種介於GIS和AIS之間的高壓開關組合設備。HGIS的結構與 GIS基本相同，但它不包括母線設備。母線不裝於SF6氣室，是外露的。
PASS開關組合電器以六氟化硫氣體作為絕緣介質，僅將母線隔離開關、 斷路器、電流互感器等組合(不包括出線隔離開關)在同一氣室的組合電器。
2005年國家電網公司頒布的《典型設計(220kV變電站分冊)》中的高壓配電裝置，按所選的設備形式不同主要有三種，即AIS、 GIS、 HGIS。以上三種配 電裝置中，AIS是一種常規方案，但其運行條件比較惡劣，毫無遮擋地放置在變 電站中，常年累月受到各種環境和氣候條件的作用，容易產生機械或電氣方面 的故障。隨著設備的老化和用電負荷的增加，AIS的各設備引起的停電事故呈上 升趨勢，威脅著電力系統的運行安全；但是AIS具有設備投資低，擴建方便， 檢修斷路器時，母線不需要停電等優點。GIS方案將AIS中的所有設備包括母 線在內通過一種封閉氣室集結成一種模塊，以SF6氣體作為絕緣介質，大大縮 短了絕緣距離，節省了大量的用地面積，也大大提高了運行可靠性，但是該產 品造價昂貴，不利於推廣使用，且其"i殳備均為配套i殳備，擴建、檢修都十分不 便，需要停電較長時間，影響範圍廣。HGIS方案來源於GIS方案，除了母線以 空氣絕緣外，其餘設備與GIS相同都是全密封在SFs氣室中，這是由於母線的 維護量小，將其脫離封閉氣室，可以節約相當一部分封閉母線管的費用。PASS 開關的二次保護與常規保護還存在配合問題，開關設備本身還未達到免維護或 極少維護的水平，以及我國電網的運行管理水平還不是很高，使得PASS開關選 擇配務床護設備有局限性，不能隔離故障點、抬rfl^亭電範圍大等在夾點命支為突出。 比較上述四種布置方案AIS、 GIS、 HGIS、 PASS開關， *從佔地上來說，AIS方案的佔地面積最大，取為100%, GIS方案佔地面 積最小，約為11%~23% (對應屋內由電纜出線與架空出線)，屋外布置 約40%, HGIS與PASS方案的佔地約為80%; *從運行可靠性方面來說，GIS可靠性最高，其次是HGIS和PASS方案， AIS較差；
*從投資角度來說，AIS最經濟，以100%表示，GIS約140%~145%, HGIS
約為110%~115%, PASS加上出線隔離開關也差不多是110%~115%; *比較其維護工作量，AIS最大，GIS最小，HGIS和PASS居中； *比較擴建的難易程度，GIS是最不方便的，且擴建停電時間長，而AIS、 HGIS、 PASS方案的擴建比較方便；*比較檢修斷路器對供電的影響，GIS、 HGIS以及PASS方案中，因斷路 器檢修時，在抽真空、充六氟化疏氣體的過程中，母線要停電，而AIS 方案在斷路器檢修時，不需要停電。
由上述的綜合比較表中可以看出各種技術方案的優勢和劣勢。然而，就 HGIS方案來說，其繼承了 GIS的優點一運行可靠性較高、佔地面積較小，同時 還具有AIS的優點一擴建比較方便，但是設備投資仍然偏高，而且還有一個很 大不足之處即在斷路器檢修時，主母線會短時停電。這是因為在HGIS方案中， 斷路器CB和母線隔離開關DS為相鄰氣隔(參照附圖1)， CB檢修完畢抽真空 充氣時，CB相鄰氣隔DS的氣室必須放氣減壓，此時的DS相連的對應母線應 停電以保證操作過程中內絕緣的可靠性。主母線的短時停電將帶來巨大的損失 和操作上、使用上的極為不便。

發明內容
本發明的目的在於根據現有技術的不足之處而提供一種可帶電檢修、且減 少投資的110kV/220kV電壓等級組合電器及其應用。 本發明中的組合電器是通過以下途徑來實現的
110kV/220kV電壓等級組合電器，包括有斷路器、出線隔離開關和第一互 感器、第二互感器兩個互感器，其結構要點在於，其連接為出線隔離開關、 第一互感器、斷路器、第二互感器依序串聯電連接，並以六氟化硫氣體為絕緣 介質，將電連接的出線隔離開關、互感器和斷路器封閉在絕緣氣體的氣室內， 出線連接在出線隔離開關一側的六氟化^e充出線套管上，在第二互感器一側通過 六氟化碌u母線側套管與以空氣作為絕緣介質的母線隔離開關相連接，母線隔離 開關的另 一端連接同樣以空氣作為絕緣介質的母線。
本發明可以提供一種SF6氣體封閉的組合電器+空氣絕緣的母線隔離開關的 新型配電裝置。在變電站中，決定進出線迴路的可靠度的主要因素是串聯元件 斷路器、互感器和出線隔離開關，母線隔離開關即使是以空氣絕緣，其故障率是很低的，如果是雙母線的話，需要兩組母線隔離開關，為並聯連接，其故障
率就更低。另外，110kV/220kV空氣絕緣的母線故障率約為3次/百條年，對於 採用空氣絕緣的雙母線的屋外配電裝置，在母線故障率已經比較低的情況下， 雙母線同時故障停運的概率就更低，大約在9xl0-"欠/年。本發明將原來用SF6 氣體絕緣的母線隔離開關從HGIS中分離出來，成為空氣絕緣的母線隔離開關， 對整個迴路的可靠性影響很小，但卻帶來一特大優勢，即斷路器檢修時，其只
需要本回線路停運，而連有其他運行線路的母線不需要停電，這就可以消除斷 路器檢修過程中，母線有短時間停電的缺點，因此檢修方便；另一方面，母線 隔離開關採用空氣絕緣，可減少一組和一定長度的SF6絕緣的封閉母線，對於一 個迴路220kV來說可減少25米左右SFs封閉母線及三隻SFe套管，約可降低設 備費用40萬元，可減少相當一部分的投資。也就是說，本發明將母線隔離開關 以空氣作為絕緣介質，放置在組合電器之外，既可以在斷路器檢修時，母線不 停電，實現帶電檢修，還可以節約投資，減少成本，使得本發明所述技術方案 既有AIS的優勢經濟、斷路器檢修不停電、擴建方便，又有GIS方案的優勢 運行可靠性高、用地少，相對HGIS有很大的優化。 本發明可以進一步具體為
互感器為 一種電流互感器，第 一互感器和第二互感器分別布置安裝在斷路 器兩側。
常規敞開式設備組合中，由於電流互感器只能布置在斷路器單側，可能引 起保護上的死區，將電流互感器安裝在斷路器兩側，可以消除這樣的保護上的 死區。
電流互感器可以是電磁式電流互感器，也可以是電子式電流互感器。 基於上述110kV/220kV電壓等級組合電器當在雙母線接線的配電裝置上應 用時，其要點在於包括如下部分
第一組母線、第二組母線、母線架、母線與出線聯合構架， 一套如上所述的XHGIS組合電器、出線電壓互感器、避雷器，第一母線隔離開關、第二母線隔離開關；
從變電站所區圍牆開始到主幹道依序布置設備如下出線電壓互感器、避 雷器，XHGIS組合電器，第二母線隔離開關和第一母線隔離開關；
第 一母線隔離開關連接第 一組母線，第二母線隔離開關連接第二組母線， XHGIS組合電器的母線側套管與第二母線隔離開關採用管母線進行架高連接， 在它們之間提供一條運輸檢修通道；
XHGIS組合電器的出線套管以及出線電壓互感器、避雷器在母線與出線聯 合構架下方與對應的出線連接。
在原有的HGIS配電裝置的設計方案中，由於外接的母線和出線線路是需要 一定的安全距離的，為便於與母線和出線線路直接連線，須加長封閉母線長度， 以保證出線與母線之間的安全距離，這樣必然導致增加用地面積。而本發明將 母線隔離開關獨立出整體設備，以空氣絕緣，這就靈活了母線隔離開關的安裝 位置，將其遠離SF6氣體封閉的組合電器，出線便可直接外接，簡化了施工程序。 這樣還可以將原有的檢修通道設置在母線隔離開關和SF6氣體封閉的組合電器 之間所空留出的位置上，從整體上縮短了變電站的設備布置寬度，從佔地上便 可節省相當的用地面積，在此意義上也節省了相當的投資，特別是在用地緊張 的時候。
當110kV/220kV電壓等級組合電器用於單母線接線的配電裝置時，只要將 第 一母線、母線架以及相應的第 一母線隔離開關取消便可。
綜上所述，本發明的特點在於，提供一種不帶母線隔離開關的新型組合電 器及其在配電裝置中的應用，使用這種不帶母線隔離開關的組合電器，便能設 計出一種安裝、擴建、運行方便(因為在母線隔離開關和組合電器之間能合理 布置出一條運輸通道)的新型配電裝置；本發明所述整個技術方案用地少，能 充分利用母線下方空間布置本發明所述的組合電器和運輸通道，這樣一來，可
比典型設計的屋外AIS配電裝置方案佔地減少30%~40%;本發明的投資也少， 相對HGIS,在其母線隔離開關與空氣絕緣的隔離開關等價的前提下，由於減少了一組SF6套管和一定長度的封閉母線管，再加上減少的徵地及其相關土建費用 等，其綜合投資費用與AIS方案相比不再處於劣勢；同時，本發明還具有檢l務 斷路器時母線不需要停電(只需檢修的本迴路停電，範圍與AIS設備相同)，不
影響母線運行，可靠性比較高的特點，既充分發揮SF6組合電器的優勢，又能克 服其檢修、擴建方面的劣勢。


圖1所示為本發明背景技術所述HGIS的結構示意圖2所示為本發明所述HGIS方案配電裝置的間隔斷面示意圖。
圖3所示為本發明所述XHGIS的結構示意圖4所示為本發明最佳實施例所述XHGIS方案配電裝置間隔斷面示意圖。 圖5所示為本發明所述XHGIS方案單母線接線配電裝置間隔斷面示意圖。 下面結合實施例對本發明做進一步描述。
具體實施例
最佳實施例
參照附圖3, 110kV/220kV電壓等級組合電器，包括有斷路器CB、互感器 CT和出線隔離開關DS,互感器CT為電流互感器，有兩組，包括第一電流互感 器CT1和第二電流互感器CT2;出線隔離開關DS—端連接出線套管BSG1，另 一端連接第一電流互感器CT1;兩組電流互感器分別放置在斷路器CB的兩側， 與斷路器CB電連接；第二電流互感器CT2連接母線側套管BSG2;並以六氟化 硫(SF6)氣體為絕緣介質，將電連接的出線隔離開關DS、互感器CT和斷路器 CB封閉在SF6絕緣氣體氣室內，母線隔離開關以空氣作為絕緣介質，其一端通 過母線側套管BSG2以及被封閉的電流互感器與被封閉的斷路器CB電連接，另 一端連接同樣以空氣作為絕緣介質的母線。
參照附圖2和附圖4,為了描述方便，我們進行對比附圖2是現有技術HGIS在配電裝置中應用的示意圖，附圖4是本發明所述組合電器在配電裝置中 應用的示意圖。
見附圖2,並參照附圖1, HGIS接線時，其第一《且母線IM和第二組母線IIM 需要分別連接SF6氣體封閉且相鄰的兩母線隔離開關DS1和DS2，為了保證兩 組母線的距離，對於220kV的HGIS需要增加兩母線隔離開關之間一段長約5m SF6絕緣的封閉母線1。另外，因為HGIS出線套管BSG1與第二組母線IIM之 間安全距離不夠，因此還需要增加約3m的SF6絕緣封閉母線2，以增加安全距 離。由於HGIS的整體設備較長，為L1，大約有13m,只能利用第一組母線IM 下方的空間設立運輸檢修通道，這樣在運輸、檢修、安裝方面是比較不方便的， 對應220kV配電裝置的間隔長度L2達37m。
見附圖4，並參照附圖1，以雙母線為例，本發明所述新型的XHGIS組合電 器在配電裝置中的應用，包括如下部分
第一組母線IM、第二組母線IIM、母線架、母線與出線聯合構架；
一套如上所述的XHGIS組合電器、出線電壓互感器PT、避雷器MOA,第 一母線隔離開關MDS1、第二母線隔離開關MDS2;
從變電站所區圍牆開始到主幹道依序布置設備如下出線電壓互感器PT、 避雷器MOA, XHGIS組合電器，第二母線隔離開關MDS1和第一母線隔離開 關婦S2;
第一母線隔離開關MDS1連接第一組母線IM，第二母線隔離開關MDS2 連接第二組母線HM， XHGIS組合電器的母線側套管BSG2與第二母線隔離開 關MDS2採用管母線進行架高連接，在它們之間提供一條運輸檢修通道；
XHGIS組合電器的出線套管BSG1以及出線電壓互感器PT、避雷器MOA 在母線與出線聯合構架下方與對應的出線連接。
在接線時，兩組空氣絕緣的第一母線隔離開關MDS1和第二母線隔離開關 MDS2,排列在第一組母線IM的下方，這樣可以為XHGIS的布置留出一定空 間。XHGIS中連接母線隔離開關的母線側套管高度較高，其與第二母線隔離開關MDS2之間以架空方式布線，採用管母線連接，這樣便能充分利用第二組母 線IIM下方的空間，開設出一條運輸檢修通道，該通道為運輸、安裝、檢修維 護通道，這樣該通道既鄰近XHGIS,也鄰近兩組母線隔離開關，在運輸、安裝 設備，檢修維護設備方面極為方便。而第一組母線IM下方則分布兩組母線隔離 開關，這樣兩組母線下方的空間便得到了充分利用，從圖中可以清晰看出。另 外，由於XHGIS的出線套管BSG1在母線隔離開關、通道和自身設備長度的控 制下，其已經靠近出線下方與出線可直接連接。對於220kV的XHGIS便可省略 附圖2中約5m SF6絕緣的封閉母線1和3m的封閉母線2,極大節約了設備的費 用，XHGIS組合電器的整體構造長度為L3,約為4m左右，體積相對原有的HGIS 要小很多，而運輸檢修通道又設立在其邊上，對XHGIS是很有好處的，具有良 好的可接近性，便於上人清理和進行設備維護。對應220kV配電裝置的間隔長 度L4也只需35m。
在才企修斷路器CB時，將常M^敞開式的MDS1、 MSD2刀口打開，斷路器 CB兩側接地開關合上，使XHGIS與帶電母線之間形成一個明顯可見的斷口 ， 符合多年來運行檢修的習慣，保證了運行檢修人員的安全。
以上所述為應用於雙母線接線的配電裝置實例，當用於單母線的配電裝置 時，只需將靠近主幹道的母線、母線架以及相應的母線隔離開關取消，間隔斷 面的尺寸作相應調整便可同樣實現斷路器檢修過程中母線不需短時停電；能充 分利用母線下方的空間布置運輸檢修道，達到既節省用地，又方便安裝、運輸、 檢修的目的，見附圖5，對應220kV配電裝置的間隔長度L5約27m。
本發明未述部分與現有技術相同。 10
權利要求
1、110kV/220kV電壓等級組合電器，包括有斷路器、出線隔離開關和第一互感器、第二互感器兩個互感器，其結構要點在於，其連接為出線隔離開關、第一互感器、斷路器、第二互感器依序串聯電連接，並以六氟化硫氣體為絕緣介質，將電連接的出線隔離開關、互感器和斷路器封閉在絕緣氣體的氣室內，出線連接在出線隔離開關一側的六氟化硫出線套管上，在第二互感器一側通過六氟化硫母線側套管與以空氣作為絕緣介質的母線隔離開關相連接，母線隔離開關的另一端連接同樣以空氣作為絕緣介質的母線。
2、 根據權利要求1所述的110kV/220kV電壓等級組合電器，其特徵在於互 感器為一種電流互感器，第一互感器和第二互感器分別布置安裝在斷路器 兩側。
3、 根據權利要求2所述的110kV/220kV電壓等級組合電器，其特徵在於電 流互感器可以是電磁式電流互感器，也可以是電子式電流互感器。
4、 110kV/220kV電壓等級組合電器應用，其特徵在於，包括如下組成 第一母線組、第二母線組、母線架、母線與出線聯合構架， 如權利要求1所述的XHGIS組合電器一套，出線電壓互感器、避雷器，第 一母線隔離開關、第二母線隔離開關；從變電站所區圍牆開始到主幹道依序布置設備如下出線電壓互感器、避 雷器，XHGIS組合電器，第二母線隔離開關和第一母線隔離開關； 第 一母線隔離開關連接第 一組母線，第二母線隔離開關連接第二組母線， XHGIS組合電器的母線側套管與第二母線隔離開關採用管母線進行架高連 接，在它們之間提供一條運輸檢修通道；XHGIS組合電器的出線套管以及出線電壓互感器、避雷器在母線與出線聯 合構架下方與對應的母線和出線連接。
5、 根據權利要求4所述的110kV/220kV電壓等級組合電器應用，其特徵在於 電壓互感器可以是電磁式電壓互感器，也可以是電子式電壓互感器。
全文摘要
本發明涉及一種複合電器，特別是一種110kV/220kV電壓等級組合電器及其應用。本發明的組合電器是在原有HGIS基礎上的創新，因此其簡稱為XHGIS。本發明的特點在於，提供一種不帶母線隔離開關的新型組合電器及其在配電裝置中的應用，能設計出一種安裝、擴建、運行方便的新型配電裝置；整個技術方案用地少，能充分利用母線下方空間，比典型設計的屋外AIS方案佔地減少30％～40％；本發明的投資也少，相對HGIS少，且其綜合投資費用與AIS方案相比不再處於劣勢；同時，本發明還具有檢修斷路器時母線不需要停電，不影響母線運行，可靠性比較高的特點，既充分發揮SF6組合電器的優勢，又能克服其檢修、擴建方面的劣勢。
文檔編號H02B13/035GK101662132SQ200910112138
公開日2010年3月3日 申請日期2009年6月26日 優先權日2009年6月26日
發明者姜文瑾, 巖 張, 羅明覽, 羅湘梅 申請人:福建省電力勘測設計院;福建永福工程顧問有限公司;羅明覽