關(guān)于高性價比組合式電器設(shè)備開發(fā)策略探討

肖 軍

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局,528000）

關(guān)于高性價比組合式電器設(shè)備開發(fā)策略探討

肖 軍

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局,528000）

高性價比組合式電器設(shè)備制造技術(shù)在不斷進(jìn)步和發(fā)展，40多年來，各高性價比組合式電器設(shè)備生產(chǎn)廠家圍繞著提高經(jīng)濟性和可靠性這兩個主要目標(biāo)，在元件結(jié)構(gòu)、組合形式、制造工藝以及使用和維護方面進(jìn)行了大量研究、開發(fā)。隨著大容量單壓式SF6斷路器的研制成功和氧化鋅避雷器的應(yīng)用，高性價比組合式電器設(shè)備的技術(shù)性能與參數(shù)已超過常規(guī)開關(guān)設(shè)備，并且使結(jié)構(gòu)大大簡化，可靠性大大提高，為高性價比組合式電器設(shè)備進(jìn)一步小型化創(chuàng)造了十分有利的條件。

高性價比；組合式；電器設(shè)備；開發(fā)策略

高性價比組合式電器設(shè)備（gas insulated substation）是氣體絕緣全封閉組合電器的英文簡稱。高性價比組合式電器設(shè)備由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成，這些設(shè)備或部件全部封閉在金屬接地的外殼中，在其內(nèi)部充有一定壓力的SF6絕緣氣體，故也稱SF6全封閉組合電器。高性價比組合式電器設(shè)備設(shè)備自20世紀(jì)60年代實用化以來，已廣泛運行于世界各地。高性價比組合式電器設(shè)備不僅在高壓、超高壓領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而且在特高壓領(lǐng)域也被使用。與常規(guī)敞開式變電站相比，高性價比組合式電器設(shè)備的優(yōu)點在于結(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、環(huán)境適應(yīng)能力強，維護工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。

1 高性價比組合式電器設(shè)備概述

組合式電器設(shè)備的定義是：全部或者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。它由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成，這些設(shè)備或部件全部封閉在金屬接地的外殼中，在其內(nèi)部充有絕緣性能和滅弧性能優(yōu)異的SF6（六氟化硫）氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，故也稱SF6全封閉組合電器。GIS設(shè)備自20世紀(jì)60年代實用化以來，已廣泛運行于世界各地。GIS不僅在高壓、超高壓領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而且在特高壓領(lǐng)域也被使用。與常規(guī)敞開式變電站相比，GIS的優(yōu)點在于結(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、環(huán)境適應(yīng)能力強，維護工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。

2 高性價比組合式電器設(shè)備的安裝

為了保證高性價比組合式電器設(shè)備安裝的順利進(jìn)行，在施工設(shè)計階段，設(shè)計人員需要認(rèn)真考慮以下兩個方面的問題，否則會給高性價比組合式電器設(shè)備的安裝帶來許多困難。

首先是高性價比組合式電器設(shè)備的起吊方式。目前戶內(nèi)高性價比組合式電器設(shè)備的安裝及起吊的荷載條件大多采用電動單梁橋式起重機。起重機起吊速度有兩檔，低速檔主要用于設(shè)備就位時的調(diào)整。兩檔協(xié)調(diào)應(yīng)用。如公伯峽 330kV高性價比組合式電器設(shè)備工程、棉花灘220kV高性價比組合式電器設(shè)備工程及一些電壓等級更高的電站均采用這種起吊方式，實踐證明是行之有效的。

其次是高性價比組合式電器設(shè)備設(shè)備基礎(chǔ)的預(yù)埋方式。通常高性價比組合式電器設(shè)備的載荷條件、留孔及預(yù)埋要求均由制造商提供，但基礎(chǔ)的預(yù)埋方式是由設(shè)計方根據(jù)制造商提供的基本資料來確定的。目前較常用的基礎(chǔ)預(yù)埋件有槽鋼和螺栓兩類。其中預(yù)埋螺栓的施工較簡單，但調(diào)節(jié)性差，若螺栓遇到樓板鋼筋，則需要調(diào)整螺栓位置，并在需要與之連接固定的設(shè)備支架上重新開孔，然后對開孔進(jìn)行防銹處理。而預(yù)埋槽鋼則不存在上述問題，因此應(yīng)用較多。

上述兩方面應(yīng)在設(shè)計中注意。在高性價比組合式電器設(shè)備安裝期間，往往需要設(shè)計方代表在現(xiàn)場，此時設(shè)計人員應(yīng)該了解高性價比組合式電器設(shè)備安裝過程中的三大要素：即清潔度、密封性和真空度。因為高性價比組合式電器設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點決定了安裝過程本身就是控制高性價比組合式電器設(shè)備運行后質(zhì)量的最后一個關(guān)鍵階段。

大量的安裝實踐證明，保證清潔度是高性價比組合式電器設(shè)備總裝和現(xiàn)場安裝中最首要的任務(wù)。國內(nèi)高性價比組合式電器設(shè)備安裝現(xiàn)場的場地情況通常較差，為了防止起灰塵，安裝前第一次清潔時應(yīng)在場地灑水并用水揩凈，在空氣靜止48h后才開始安裝。作為電極的鋁管在加工過程中難免會存在著表面毛刺和鋁屑，這些微粒都是耐壓實驗中放電的來源，因此要特別注意保證鋁導(dǎo)體的清潔。這就要求一方面強化對導(dǎo)體加工過程的清潔檢查，防止出現(xiàn)死區(qū)；另一方面在總裝前制造商應(yīng)增加導(dǎo)體振動清潔的新手段，盡量把空心體內(nèi)部死角的殘留物清理出來，或者對安裝前的導(dǎo)體做類似局部放電試驗以檢查出殘留的鋁屑和金屬絲。某些國產(chǎn)高性價比組合式電器設(shè)備產(chǎn)品由于管理不嚴(yán)，出廠時高性價比組合式電器設(shè)備內(nèi)還殘留有雜物，加之許多安裝現(xiàn)場管理不嚴(yán)，灰塵漫天，更增加了確保清潔度的難度，所以必須嚴(yán)格要求，精心施工。萬家寨高性價比組合式電器設(shè)備就是因為高性價比組合式電器設(shè)備內(nèi)雜物引起試驗時三次放電，不得不又拆開進(jìn)行局部清理，既增加了工作量，又影響了工期，這個教訓(xùn)值得引以為戒。

除上述兩個關(guān)鍵因素外，真空度的要求是總裝和安裝過程中的第三個控制因素，是控制SF 6含水量的重要保證措施，它不僅能減少SF6氣體本身的水分，也可減少罐內(nèi)其它物體( 絕緣體、密封體)內(nèi)所含的水分，一般要求在充入SF6氣體之前真空度要達(dá)到133Pa，再繼續(xù)抽真空30min。水分對高性價比組合式電器設(shè)備運行的影響關(guān)鍵在于：如果沒有將SF6氣體控制在0℃以下，則在溫度變化時絕緣體表面會形成凝露，所附著的水珠和SF6電弧產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成HF等低氟化物，從而導(dǎo)致沿面的絕緣材料和金屬表面劣化。如果將SF6露點的允許值控制在較低值，則在溫度變化時絕緣體表面凝結(jié)的不是水珠而是冰晶，它對絕緣性能幾乎沒有影響。因此，在IEC及國際上均有規(guī)定：充入高性價比組合式電器設(shè)備的新氣體在額定密度下其露點不應(yīng)超過－5℃。

3 高性價比組合式電器設(shè)備的試驗

根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，SF6設(shè)備的絕緣事故有2/3都發(fā)生在未進(jìn)行現(xiàn)場耐壓試驗的設(shè)備上。加拿大安大略水電局的運行經(jīng)驗表明，高性價比組合式電器設(shè)備的事故不僅多發(fā)生在未做現(xiàn)場絕緣試驗的設(shè)備上，而且多發(fā)生在安裝后投入運行的最初4個月內(nèi)，這類事故約占總事故的67%。第一年事故率為0.53次/年·間隔，之后為0.06次/年·間隔。北美地區(qū)的調(diào)查報告認(rèn)為，高性價比組合式電器設(shè)備運行后頭一年事故率為4次/所·年，一年以后為0.1次/所·年。因此，高性價比組合式電器設(shè)備經(jīng)工廠裝配、運輸和現(xiàn)場安裝之后，在投運前進(jìn)行絕緣試驗是十分必要的。

4 高性價比組合式電器設(shè)備的外殼接地問題

一點接地方式與多點接地方式是組合式電器設(shè)備的兩種外殼接地方式，其中一點接地方式指的是在組合式電器設(shè)備外殼的每個分段中一端絕緣，而另一端則用一點接地的方式。從結(jié)構(gòu)層面看，串聯(lián)的殼體之間通常置于法蘭盤處絕緣，而對地之間則在殼體支座處緣絕緣。一點接地方式的優(yōu)點在于：1）由于長時間沒有外殼電流通過，故而外殼的溫升較低，損耗較?。?）由于缺少電流流入基礎(chǔ)部位，故而土建鋼筋內(nèi)沒有溫升。另外，一點接地方式也存在一系列缺點，主要體現(xiàn)為可靠性能較差，其原因在于組合式電器設(shè)備事故時不接地端外殼感應(yīng)電壓較高，外界的磁場較強，當(dāng)導(dǎo)體中流過的電流較大時，易造成外殼鋼筋發(fā)熱。因為一點接地方式的缺點較明顯，所以在設(shè)計組合式電器設(shè)備時通常不會采用該方式。

5 高性價比組合式電器設(shè)備設(shè)計中有待完善的工作

近年來，我國在組合式電器設(shè)備工程設(shè)計方面突飛猛進(jìn)發(fā)展，然而受多方面原因的影響，要求設(shè)計人員在設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方面仍需努力研究。設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)既是制造商的制造依據(jù)，又是整個設(shè)計過程的依據(jù)，為此落實好該方面工作至關(guān)重要。

筆者認(rèn)為，開展設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究關(guān)鍵著力于兩大方面，即解決伸縮節(jié)的設(shè)置問題與明確組合式電器設(shè)備接地線的材料和尺寸。對于前者，要求明確選用進(jìn)口組合式電器設(shè)備時對伸縮節(jié)的技術(shù)要求。伸縮節(jié)的功能在于吸收組合式電器設(shè)備母線熱脹冷縮、設(shè)備間的安裝調(diào)整、基礎(chǔ)伸縮縫的位移及地震和操作引起的位移量，所以其關(guān)鍵配置在于母線和各設(shè)備、變壓器進(jìn)線及線路出現(xiàn)的連接等位置。特別注意的是由于水電站的廠房內(nèi)的廠壩間存在諸多伸縮縫，而各條伸縮縫的伸縮量也難以準(zhǔn)確測出，為此則需在組合式電器設(shè)備的招標(biāo)設(shè)計內(nèi)明確對伸縮節(jié)的要求。就進(jìn)口組合式電器設(shè)備來說，國外常見對其伸縮節(jié)的看法始終未能夠形成統(tǒng)一意見，其中部分廠家認(rèn)為土建伸縮縫與伸縮節(jié)關(guān)系不明顯，而另一部分認(rèn)為應(yīng)滿足設(shè)計要求的水平位移與垂直位移。對于后者，國外制造商認(rèn)為，組合式電器設(shè)備室應(yīng)盡可能運用銅接地網(wǎng)與銅接地引線，其原因在于銅的導(dǎo)電性與耐腐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)較好于鋼的導(dǎo)電性與耐腐蝕性，然而因為銅的自身成本與焊接成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼的自身成本與焊接成本，為此國內(nèi)諸多電站更傾向于運用鋼接地網(wǎng)與鋼接地線。現(xiàn)階段，我國絕大多數(shù)超高壓組合式電器設(shè)備都以銅接地引線為主，為規(guī)避鋼與銅直接接觸發(fā)生化學(xué)腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，要求采用特殊的方式連接銅引線與鋼接地網(wǎng)。

綜合以上方面，要求相關(guān)機構(gòu)投入大量的人力、財力及物力資源用于深入研究組合式電器設(shè)備設(shè)計相關(guān)事項，制定更加切實可行的相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，從而為開發(fā)出高性價比組合式電器設(shè)備提供有力依據(jù)。

[1] 顏楠楠,周琴,楊建平,李駿.1000kV特高壓電力變壓器試驗標(biāo)準(zhǔn)比較分析[J].上海電機學(xué)院學(xué)報.2014(02)

[2] 張小勇,王建生,李強,鐘磊,郝宇亮,陳楠.特高壓設(shè)備絕緣試驗所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)[J].高壓電器. 2014(02)

肖軍（1971.12--），男，江蘇鎮(zhèn)江人，電力專業(yè)本科，工程師，負(fù)責(zé)電力設(shè)備品控管理工作。研究方向：電力設(shè)備監(jiān)造，設(shè)備缺陷處理。

On the development of cost-effective modular electrical equipment Strategies

Xiao Jun
(Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corporation,528000)

Combined electrical equipment manufacturing technology continues to progress and development, 50 years,each modular electrical equipment manufacturers around the economy and improve the reliability of these two main objectives,device structures,combinations,used in the manufacturing process as well as and maintenance carried out extensive research and development.With the development of large-capacity singlepressure SF6 circuit breakers success and MOA applications,technical performance and parameters of modular electrical devices over conventional switching devices,and so greatly simplify the structure,greatly improved reliability for modular electrical further miniaturization of devices has created very favorable conditions.

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