基于母线侧隔离刀闸的不停电应用分析

李帅

摘要：为满足气体绝缘金属封闭组合电站不停电扩建及不停电检修的对接的要求，本文介绍了一种具备两个隔离断口，同时在两个断口动侧进行接地的新型功能模块。

文中首先从壳体铸造、机械传动、内部结构方面对双断口隔离刀闸进行阐述与分析，然后提供了模块的工程应用分析。新功能模块与传统母线隔离刀闸模块的原理接线的性能特点不同，可完美实现不停电扩建。

关键词：双隔离断口；组合电器；不停电扩建

0 引言

随着技术进步以及经济发展，气体绝缘金属封闭组合开关在市场上得到越来越多的应用。组合开关具备的占地面积小，故障率低、几乎免维护等一系列优势得到越来越多的关注。

目前主流扩建方案为备用间隔设置隔离刀闸，但是由于只有一个隔离断口，因此在进行组合电器扩建安装和耐压试验时均需对原间隔进行停电，避免造成安全事故和人身伤害。对于电网运营商，协调变电站母停电意味着延误、浪费以及损失。

在组合电器母线分段、馈线间隔后期扩建提升运行连续性方面，国内外均开展了大量技术探讨和尝试，主流采取同频同相耐压技术、优化接线方式、波纹管对接技术以及优化划分充气隔室等技术，取得了较好的工程应用效果，但是，在实现组合电器扩建不停电时仍存在以下不足：

1）均无法彻底解决在扩建安装和绝缘试验时组合电器不停电的问题。

2）优化母线接线方式、采用波纹管对接只能起到缩短停电时间的作用，在扩建和耐压过程中母线仍需停电，对波纹管的耐压考核也存在一定的盲区，为后续的安全稳定运行埋下隐患。

3）同频同相耐压技术只能实现绝缘试验不停母线，但实际操作复杂，对设备精度要求高，依赖性强，隔离断口风险大，试验过程中出现断口击穿，将造成大面积停电。

4）优化划分组合电器充气隔室的方式仅能缩短停电时间，减小停电范围。

5）现有技术倒闸操作过程繁复，存在较大的操作风险。

综上，为满足组合电器间隔扩建安装及交接耐压试验时不停母线停电的需求，急需设计一种新型的组合电器不停电扩建功能模块，保证扩建过程中以及交接耐压试验时原组合电器运行设备不需停电。

1 双断口隔离刀闸

在220kV 组合电器双母线的布置方式中，仅需要一个集成模块，即可以保证备用间隔在整个扩建施工以及交接耐压试验全过程不停电且安全可靠运行。

1.1与常规产品的结构异同

双断口隔离刀闸和常规隔离刀闸结构上存在很大差异，在一个操动机构的驱动下同时形成双断口隔离，每个断口要求均能够满足常规隔离刀闸的功能要求，因此双断口隔离刀闸拥有更优良的绝缘性能，性能更加稳定可靠。

1.2电气设计

图1.1为DDS结构示意图，在一个SF6气室内部，隔离刀闸的主电接触结构为弹簧触头。动触头镶嵌安装齿条，一个外部的操动机构通过齿轮带动动触头的齿条进而带动触头分别向两端运动，两端为静触头，动静触头接触实现分合闸操作，三相的动触头中间由环氧树脂材料的绝缘拉杆串联，实现三相机械同步传动，另外设置有辅助接地刀闸ES1、ES2，实现隔离动触头接地，辅助接地刀闸为分相操作。

图1.1 功能模块结构

通过双动触头联动设计，功能模块能够同时实现两个断口的同步分合闸。并且通过增加辅助接地开关，断口中间动触头导电部分可靠试验时接地的功能，见图1.2 DDS内部横截面图示意图。

图1.2 DDS横截面图

1.3机械设计

由于内部电气结构较为复杂，对壳体外形要求较高，壳体采用铸造壳体，保证了可靠性和经济性。另外在断口下方设置粒子捕捉器，用来收集多次操作时动静触头滑动产生的异物，避免出现绝缘异常。

双断口隔离刀闸和接地刀闸分别由两个操作机构控制动作，该设计有利于优化及简化刀闸操作时序，避免误操作（见图1.3 DDS三相联腔剖面示意图），因为在组合电器操作过程中，对于DDS和接地刀闸的分合闸时序有严格的要求，避免操作顺序不正确造成的运行事故，因此一个完整的DDS功能模块实际上是由一把DDS（双断口隔离刀闸，图1.2）和一把ES（手动辅助接地刀闸，见图1.4）组成。

图1.3 DDS三相联腔剖面示意图

图1.4辅助接地刀闸示意图

由于DDS采用内部三相同时传动的机械结构，为了增强产品对环境的适应性，同时减少传动环节造成的间隙，提高隔离刀闸的效率，本结构采用内置式传动结构设计，无外露连杆。详细的内部传动结构示意图如下图1.5。

图1.5 内部传动结构示意图

1.4电接触设计

隔离刀闸采用齿轮齿条的传动方式同时驱动动触头导体向两侧运动，并最终与两侧的静触头压紧弹簧紧密接触，承受组合电器运行过程中的额定电流。齿轮齿条具体结构示意图见图1.6，动触头的装配图见图1.7。

由于该结构中一个齿轮同时需要驱动两侧动触头，故要求对触头上面齿条和齿轮的配合要求较高，否则双侧断口的分合闸同期性难以保证；

图1.6 齿轮齿条结构示意图

图1.7动触头装配示意图

2工程应用

以下详细说明DDS功能模块在组合电器正常运行、扩建安装以及交接试验时的操作步骤。

2.1电气主接线

采用新模块产品主接线如图2.1所示。

图2.1 采用DDS功能模块后产品接线示意图

组合电器备用扩建间隔难以实现不停电施工安装的根本原因是，新增加间隔与运行间隔之间仅有一个断口，不符合电力设备运行的安规要求。若不停母线，在施工安装时断口一旦放电击穿会对安装人员造成严重人身伤害，对设备造成损害和威胁试验人员人身安全。

2.2在组合电器功能模块上进行扩建对接安装

a、隔离刀闸（DDS1、DDS2）分闸，接地刀闸ES1和ES2合闸；

b、接地刀闸（ES3）合闸接地，#1、2母线、#2母线带电；

c、相邻气室（2、4）气体压力从额定降低为一半，保持安全压力；其余气室压力保持不变；

d、端气室（5）的气体回收，破真空，开盖，准备扩建操作。

e、安装扩建部分至扩建端。在新扩建间隔对接完成后，使用接地刀闸（ES3）的接地端子完成扩建部分的回路电阻测量工作。

具体见下图。

图2.2 扩建间隔与备用间隔对接时DDS功能模块的操作状态

2.3组合电器备用间隔扩建后进行工频耐压交接试验

a、所有气室（1、2、3、4、5）补充SF6气体至额定压力；

b、隔离刀闸(DDS1、DDS2)分闸，接地刀闸（ES1、ES2）合闸。通过接地刀闸合闸，可以保证新建间隔与运行母线互相干扰，并且通过接地刀闸接地，扩建端发生故障不会影响母线。

c、接地刀闸(ES3)分闸；

d、使用耐压装置进行耐压；

e、耐压完成后，将设备投入使用。其中运行状态为接地刀闸（ES3）分闸，隔离刀闸（DDS1或DDS2）合闸。

图2.3 交接耐压试验时DDS功能模块的操作状态

3总结

本文提出的组合电器不停电扩建功能模块主要基于双隔离断口的设计理念，配合辅助接地刀闸分合操作，可以满足组合电器间隔扩建安装及交接耐压试验时运行母线不停电的需求，同时消除了以前采用同频同相法以及波纹管扩建所存在弊端，重点解决以下4个技术难点：

1）将双隔离刀闸与中间辅助接地刀闸集成在一个功能气室中，一方面具备传统母线隔离刀闸隔离母线以及开合母线转换电流等功能，另一方面可满足备用间隔扩建时对接安装、交接耐压试验时新旧设备可靠隔离的需求。

2）通过大功率操动机构实现双隔离刀闸三相联动，绝缘拉杆以及花键等传动连接部件的机械应力分散性大，计算应力须控制在许用应力以内，还需满足分合闸同期性以及速度特性标准要求。

3）隔离刀闸采用齿轮齿条的传动方式，刀闸触头为非轴对称设计，需在有限的壳体内部空间对电场均匀性进行优化，避免出现局部电场畸变，提升击穿场强。

4）中间辅助接地刀闸采用分相手动操作设计，与隔离刀闸需有可靠的电气连锁设计。

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