智能隔離式斷路器的全壽命周期成本分析

1、.智能隔離式斷路器的全壽命周期成本分析-機(jī)電論文智能隔離式斷路器的全壽命周期成本分析 賈奇龍（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司南陽(yáng)供電公司，河南南陽(yáng)473000）摘要：隨著國(guó)家電網(wǎng)公司朝著建設(shè)智能堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的目標(biāo)邁進(jìn)，作為電網(wǎng)樞紐的變電站的智能化要求也不斷提高，而斷路器是變電站與電網(wǎng)聯(lián)系開(kāi)斷的主要設(shè)備，其智能化與可靠性也變得尤其重要。智能隔離式斷路器相對(duì)瓷柱式斷路器，技術(shù)先進(jìn)、智能化程度高、可靠性強(qiáng)，但購(gòu)置價(jià)格較高，不利于推廣應(yīng)用?；诖?，通過(guò)智能隔離式斷路器的全壽命周期成本分析，來(lái)比較采用哪種斷路器更為經(jīng)濟(jì)可靠。關(guān)鍵詞：智能隔離式斷路器；瓷柱式斷路器；全壽命周期0引言目前，220kV戶外變電站常用的SF6斷

2、路器型式有三種：其中隔離式斷路器、瓷柱式斷路器同屬于敞開(kāi)式斷路器，用于AIS站，另一種為全封閉組合電器GIS。瓷柱式斷路器和隔離式斷路器的滅弧原理基本相同，隔離式斷路器中經(jīng)常集成組合裝配式互感器，而瓷柱式斷路器無(wú)法集成互感器，只能分別設(shè)置，所以不論體積還是環(huán)境適應(yīng)性隔離式斷路器都比瓷柱式斷路器更優(yōu)，但其價(jià)格高于瓷柱式。在AIS常規(guī)站中，電壓等級(jí)越低，隔離式斷路器方案與瓷柱式斷路器方案價(jià)差越小，根據(jù)2014年國(guó)網(wǎng)中標(biāo)價(jià)格統(tǒng)計(jì)，220kV每間隔相差23萬(wàn)，110kV每間隔相差12萬(wàn)。因價(jià)格原因，目前隔離式斷路器僅在國(guó)網(wǎng)示范工程中應(yīng)用，其他地區(qū)均以瓷柱式斷路器為主。因此，從全壽命周期成本來(lái)分析對(duì)比兩

3、種斷路器的優(yōu)劣顯得尤其重要。1斷路器全壽命周期成本的概念斷路器的全壽命周期成本即斷路器全生命周期成本，包括斷路器建設(shè)的初期投資、正常的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、由于故障造成的損失、由于設(shè)備壽命引起的更換等。全壽命周期成本是判斷設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的重要依據(jù)。2智能隔離式斷路器的全壽命周期成本分析以某一220kV變電站為例，分別對(duì)220kV、110kV單間隔采用隔離式斷路器+組合裝配式互感器（方案一）和瓷柱式斷路器+常規(guī)互感器（方案二）兩個(gè)方案的全壽命周期成本進(jìn)行比較，以分析全站全壽命周期的LCC費(fèi)用。2.1初期投資比較兩個(gè)方案中，初期投資的區(qū)別主要在于斷路器和互感器的設(shè)備價(jià)格、基礎(chǔ)支架費(fèi)用、安裝費(fèi)用以及每個(gè)間隔分?jǐn)?/p>

4、的征地費(fèi)用。自動(dòng)化系統(tǒng)采用三層兩網(wǎng)接線后，為了簡(jiǎn)化過(guò)程層設(shè)備配置和提高保護(hù)可靠性，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求雙母線接線的線路PT宜按三相配置，保護(hù)裝置電壓取自本間隔PT，為了方案比選結(jié)果的合理性，兩個(gè)方案的線路側(cè)PT均按三相配置。具體數(shù)據(jù)如表1所示。2.2運(yùn)行費(fèi)用比較設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用總體包括設(shè)備損耗和檢修維護(hù)費(fèi)用。在設(shè)備損耗方面，兩者同為AIS設(shè)備，損耗上的差別不大，在運(yùn)行費(fèi)用中不再單獨(dú)列出。在檢修維護(hù)方面，隔離式斷路器體積大，SF6氣體含量是瓷柱式的5倍左右，日常維護(hù)工作大于瓷柱式斷路器。傳統(tǒng)互感器含油或SF6氣體，具有爆炸漏氣的風(fēng)險(xiǎn)，維護(hù)工作量大；電子式互感器屬干式設(shè)備，又屬于低電位安裝，無(wú)高壓絕緣物件，年

5、維護(hù)費(fèi)用明顯低。具體數(shù)據(jù)如表2所示。 參照表中數(shù)據(jù)，方案一依靠設(shè)備集成和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，有力節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。2.3設(shè)備故障損失比較兩種型式斷路器均屬成熟產(chǎn)品，故障率均較低，且本工程亦無(wú)不利于瓷柱式斷路器的惡劣自然條件，可認(rèn)為二者故障率相當(dāng)，不再進(jìn)行比較。傳統(tǒng)的互感器已經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展和試煉，技術(shù)成熟、性能可靠，據(jù)統(tǒng)計(jì)傳統(tǒng)互感器故障多為絕緣問(wèn)題引起，一旦故障必須停電檢修，故障率約1臺(tái)次/（百臺(tái)年）。目前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較完善，一回線路因故障停電后可經(jīng)過(guò)合理的調(diào)度補(bǔ)充電力缺口，故因互感器故障導(dǎo)致停電的電費(fèi)損失時(shí)間僅需按2h考慮。組合裝配式有源互感器沒(méi)有高壓元件，傳感頭故障率很低。根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司電子式互感器最新調(diào)

6、研結(jié)果，遠(yuǎn)端模塊故障率相對(duì)較高，目前在運(yùn)行的有源電子式互感器綜合故障率約為5臺(tái)次/（百臺(tái)年）。這個(gè)數(shù)據(jù)是對(duì)目前試點(diǎn)互感器的統(tǒng)計(jì)，包含支柱式，支柱式互感器遠(yuǎn)端模塊故障比例占多數(shù)，有源互感器是新型產(chǎn)品，發(fā)展過(guò)程中故障率較高在所難免，組合裝配式互感器采用直流供電，遠(yuǎn)端模塊位于低位，隨著設(shè)備技術(shù)進(jìn)步與標(biāo)準(zhǔn)化程度提高，故障率將呈明顯下降趨勢(shì)。電子線路板價(jià)格低廉，廠家一般配有備件，更換方便，一般停電時(shí)間在2h以內(nèi)，而且隔離式斷路器兩端互感器為雙套配置，發(fā)生故障不用立即停電，可利用一天中電力系統(tǒng)的負(fù)荷低谷進(jìn)行更換，可不計(jì)停電損失。根據(jù)設(shè)備參數(shù)及運(yùn)行部門(mén)統(tǒng)計(jì)資料，表3對(duì)單臺(tái)斷路器及其配套互感器停電損失費(fèi)用進(jìn)行

7、統(tǒng)計(jì)，并歸算到凈現(xiàn)值。其中，每回110kV線路停電損失輸送功率每小時(shí)按60MVA考慮，220kV線路平均輸送功率按200MVA考慮，電費(fèi)損失為0.5元/kWh。 參照表中數(shù)據(jù)，方案一應(yīng)用組合裝配式有源互感器的特點(diǎn)，顯著減少了停電損失和故障維修費(fèi)用。2.4設(shè)備更新成本據(jù)運(yùn)行部門(mén)資料分析，戶外AIS設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命一般不超過(guò)20年，戶外HGIS、GIS設(shè)備經(jīng)濟(jì)壽命一般可達(dá)30年；隔離式斷路器的經(jīng)濟(jì)壽命可與GIS、HGIS設(shè)備相當(dāng)，按30年考慮；瓷柱式斷路器因其重心高、操作機(jī)構(gòu)連桿長(zhǎng)的緣故，設(shè)備的機(jī)械力學(xué)性能不如隔離式斷路器，按20年考慮；電子式互感器的使用壽命還有待突破，按15年考慮。具體數(shù)據(jù)如表4所

8、示。 根據(jù)表中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，隔離式斷路器以其更長(zhǎng)久經(jīng)濟(jì)的使用壽命有效降低了設(shè)備更新費(fèi)用。2.5全壽命周期成本比較分析單臺(tái)220kV斷路器及其配套互感器全壽命周期成本比較如表5所示。 匯總各方案在變電站30年運(yùn)行壽命的成本，每個(gè)110kV和220kV間隔采用隔離式斷路器方案分別比采用瓷柱式斷路器方案節(jié)省12.19萬(wàn)元和7.53萬(wàn)元，不難發(fā)現(xiàn)無(wú)論是110kV還是220kV，方案一均優(yōu)于方案二，尤其是對(duì)于110kV設(shè)備而言，方案一的優(yōu)勢(shì)更加明顯。3結(jié)語(yǔ)通過(guò)將采用隔離式斷路器與瓷柱式斷路器全壽命周期成本進(jìn)行對(duì)比，每個(gè)110kV、220kV間隔分別節(jié)省12.19萬(wàn)元和7.53萬(wàn)元。由于前者互感器已整合到斷路器中，沒(méi)有獨(dú)立的互感器，且互感器沒(méi)有高壓元件，減少了運(yùn)行維護(hù)成本、故障停電損失成本，明顯縮小了變電站的占地面積，所以其全壽命成本比后者更優(yōu)。 參考文獻(xiàn)1GB/T277472011額定電壓72.5kV及以上交流隔離斷路器S.2黃昊，韓國(guó)輝，周茂，等.GLW2126集成式智能隔離斷路器的研發(fā)及應(yīng)用J.中國(guó)電業(yè)：技術(shù)版，2014（8）.3李