氣體絕緣全封閉組合電器應(yīng)用于發(fā)電廠變電站的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

王克挺

（華北電力大學(xué)工商管理學(xué)院，北京102206）

0 引言

GIS是氣體絕緣全封閉組合電器的英文簡(jiǎn)稱，也稱SF6全封閉組合電器，自20世紀(jì)60年代以來，已廣泛運(yùn)行于世界各地。相比常規(guī)敞開式變電站，GIS具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、可靠性高、配置靈活、安裝方便、安全性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。GIS的定義為[1]：全部或部分采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉開關(guān)設(shè)備；它是由短路器、母線、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、套管7種高壓電器組合而成的高壓配電裝置。GIS采用的是絕緣性能和滅弧性能優(yōu)異的六氟化硫(SF6)氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，并將所有的高壓電器元件密封在接地金屬筒中，因此與傳統(tǒng)敞開式配電裝置相比[2]，GIS具有占地面積小、元件全部密封不受環(huán)境干擾、運(yùn)行可靠性高、運(yùn)行方便、檢修周期長(zhǎng)、維護(hù)工作量小、安裝迅速、運(yùn)行費(fèi)用低、無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。隨著全球電力系統(tǒng)自身的發(fā)展以及對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性要求的日益提高，GIS技術(shù)必將持續(xù)發(fā)展，并將成為本世紀(jì)高壓電器的發(fā)展主流。

1 工程背景

石嘴山發(fā)電廠位于寧夏石嘴山市惠農(nóng)區(qū)，屬于寧夏北部煤炭集中地區(qū)，年平均相對(duì)濕度為81%，多年平均降雨量為1 587 mm，歷年最大降雨量高達(dá)2 420.4 km。該廠廠區(qū)處于當(dāng)?shù)毓I(yè)園區(qū)，周邊高耗能企業(yè)較多，僅上風(fēng)口就有鐵合金廠40余家，電石廠、碳化硅廠、樹脂廠、水泥廠分布四周，多年測(cè)得該廠小機(jī)組110 kV升壓站鹽密值為0.62 mg/cm2，屬于e級(jí)污穢，現(xiàn)有小機(jī)組110 kV變電站，雖然采取了噴涂RTV涂料、加裝了防污傘裙等措施，但仍然經(jīng)常發(fā)生污閃事故。2003年，該廠在原有小機(jī)組場(chǎng)地上籌建2×330 MW機(jī)組“以大代小”技改工程，變電站電壓等級(jí)為 220 kV，采用雙母線接線，4回出線，其中1回備用?？紤]到當(dāng)?shù)貝毫拥淖匀画h(huán)境，在工程設(shè)計(jì)階段，通過對(duì)GIS變電站和敞開式變電站的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，最終選用了新東北電氣（沈陽）高壓開關(guān)有限公司的220 kV（戶內(nèi)）氣體絕緣金屬全封閉組合電器（GIS），作為該技改工程變電站設(shè)計(jì)方案。

2 GIS與常規(guī)敞開式變電站方案比選

2.1 設(shè)備選型[3]

方案1：常規(guī)敞開式變電站。采用屋內(nèi)型設(shè)備（普通絕緣），管型母線雙層布置。其體積較大，需建造龐大的配電裝置樓，配電裝置樓長(zhǎng)63 m、寬43 m、高約15 m（斷路器列）和25（母線列），與屋外架空進(jìn)出線連接采用穿墻套管。

方案2：GIS變電站。使用GIS組合電器，配電裝置樓尺寸為長(zhǎng)36 m、寬17 m、高約12 m，需配置行車等檢修設(shè)備。另外由于 GIS間隔寬度為3 m，與屋外架空進(jìn)出線（間隔寬度15 m）連接需采用較長(zhǎng)封閉母線和屋外型柱式連接套管。

GIS變電站結(jié)構(gòu)緊湊，可最大限度地縮小整套配電裝置的占地面積和空間體積。

2.2 可靠性

GIS變電站12～15年不需要檢修，而敞開式變電站則每年需檢修一次。且 GIS組合電器將所有電氣設(shè)備均放置于 GIS外殼中，運(yùn)行更為安全可靠。

2.3 設(shè)備費(fèi)

常規(guī)敞開式設(shè)備價(jià)格與 GIS組合電器設(shè)備價(jià)格分別如表1和表2所示。通過比較表1、表2可看出，GIS變電站方案設(shè)備費(fèi)比敞開式變電站方案設(shè)備費(fèi)高約476萬元人民幣。

2.4 土建及電氣安裝費(fèi)

因 GIS已實(shí)現(xiàn)三相共筒化，由整體或若干單元組成，可大大縮短安裝工期，即使在安裝費(fèi)用視作相當(dāng)?shù)那疤嵯拢凑张潆娧b置樓設(shè)計(jì)尺寸估算，僅在土建工程造價(jià)方面，GIS變電站方案就比敞開式變電站方案低約1 250萬元人民幣。

表1 常規(guī)敞開式電器設(shè)備價(jià)格Tab.1 Prices of conventional open-type electrical equipment

表2 GIS組合電器設(shè)備價(jià)格Tab.2 Prices of GIS combinative electrical equipment

2.5 檢修維護(hù)費(fèi)用

根據(jù)調(diào)研提供資料，某同類型電廠使用的常規(guī)戶內(nèi)敞開式變電站每年僅母線清掃費(fèi)用為20多萬元，但GIS變電站12～15年不需要維修，按12年計(jì)算，這部分差值約為240萬元。

2.6 投資費(fèi)用綜合比較

GIS變電站與常規(guī)敞開式變電站的投資費(fèi)用綜合對(duì)比如表3所示。

表3 GIS變電站與常規(guī)敞開式變電站投資費(fèi)用比較表Tab.3 Comparison for investment charge between GIS transformer substation and the conventional open-type transformer substation 萬元

2.7 比選結(jié)果

通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的比較，雖然 GIS變電站方案的設(shè)備費(fèi)比敞開式變電站方案的貴約500萬元，但土建造價(jià)、安裝及維護(hù)費(fèi)用方面，GIS變電站方案比敞開式變電站方案低約1 500萬元，總體投資可節(jié)省1 000余萬元，而且 GIS在技術(shù)上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因此，該工程采用了 GIS變電站方案。

3 應(yīng)用效果

通過論證比選，石嘴山發(fā)電廠2×330 MW機(jī)組技改工程最終選用了氣體絕緣金屬全封閉組合電器 (GIS)變電站，并得到了中國電力工程顧問有限公司（原中國電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院）的批準(zhǔn)，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）安裝方便。因 GIS已向三相共筒化、復(fù)合化和智能化方向發(fā)展，一般由整體或若干單元組成，可大大縮短安裝工期。

（2）滅弧能力強(qiáng)，介電強(qiáng)度高，絕緣性能好，斷口電壓可以做得很高，使用安全可靠。

（3）介質(zhì)恢復(fù)速度快，冷卻好，開斷近區(qū)故障的性能較好，使用壽命長(zhǎng)。

（4）SF6氣體電弧分解場(chǎng)中不含有碳等影響絕緣能力的物質(zhì)，觸頭在開斷電弧中燒損極其輕微，允許開斷次數(shù)多、安裝操作簡(jiǎn)便、檢修周期長(zhǎng)、運(yùn)行可靠。

（5）由于GIS既封閉又組合，結(jié)構(gòu)十分緊湊，占地面積小，占用空間少，基本不受外界環(huán)境影響，不產(chǎn)生噪聲和無線電干擾。

（6）不受雨雷、塵沙及鹽霧等各種惡劣自然條件的影響，減少了設(shè)備事故的可能性，適合工業(yè)污染和氣候惡劣以及高海拔地區(qū)。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

自2006年9月該公司220 kV升壓站投運(yùn)以來，設(shè)備性能表現(xiàn)優(yōu)良，維護(hù)工作量少。相比之下，國電石嘴山發(fā)電廠老機(jī)組110 kV升壓站已經(jīng)污閃兩次而且升壓站的高壓瓷瓶和開關(guān)每年清掃兩次并噴涂RTV涂料，安裝增爬傘裙，工作量非常大，而且安全隱患多。按照開放式變電站污閃一次造成的最低損失計(jì)算：1臺(tái)機(jī)組跳閘，恢復(fù)時(shí)間至少需要15 h，損失電量450萬kW h，減少收入約110萬元；燃油35 t，費(fèi)用約30萬；設(shè)備維修及人員費(fèi)用約70萬元，合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失約210余萬元。

因此，采用 GIS變電站后，企業(yè)降低了經(jīng)濟(jì)損失，減少了安全隱患，保證了機(jī)組長(zhǎng)周期安全運(yùn)行和可靠供電，提高了網(wǎng)架系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)電力安全生產(chǎn)起到了重要作用。

5 結(jié)論

根據(jù)以上技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析和應(yīng)用效果，氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）作為已成熟的工藝，其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能已遠(yuǎn)超過常規(guī)敞開式開關(guān)設(shè)備，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著，是高壓電器的發(fā)展主流，為發(fā)電廠在變電站的設(shè)計(jì)上提供了更廣闊的選擇空間。