小型化中低壓開關(guān)設(shè)備在水電站建設(shè)中的應(yīng)用探討

何 岦

(華能瀘定水電工程籌建處， 四川 成都 610041)

1 40.5 kV箱式開關(guān)站之對(duì)比

箱式開關(guān)站的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，在工廠內(nèi)即可以完成全部設(shè)備的生產(chǎn)制造和安裝調(diào)試工作，現(xiàn)場(chǎng)施工只需要做好安裝基礎(chǔ)及電纜溝。但是如果其體積過大，設(shè)備過重，就會(huì)給運(yùn)輸和安裝造成困難而失去其原有的優(yōu)勢(shì)。

圖1為40.5 kV箱式開關(guān)站平面布置圖。

圖1 40.5 kV箱式開關(guān)站平面布置圖

如圖1所示，該40.5 kV開關(guān)站選用的是典型的KYN61-40.5鎧裝移開式交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備。該設(shè)備原型為ABB公司的ZS3.2，由西安高壓電氣研究院有限責(zé)任公司(簡稱西安院)牽頭，聯(lián)合國內(nèi)數(shù)家大型開關(guān)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)共同仿制，具有較高的技術(shù)水平。但是，真空斷路器和柜體的整體技術(shù)水平與其原型相比依然有較大的差距。以斷路器為例，ABB的VD4重量僅有280 kg，配置專用引軌后，僅需要一名普通操作員即可以輕松推進(jìn)和拉出；而國產(chǎn)的ZN85和其他公司生產(chǎn)的同型號(hào)斷路器的重量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于該參數(shù)，有的重量超過400 kg，加上設(shè)計(jì)的不合理，既使兩名很強(qiáng)壯的操作員推進(jìn)和拉出也很困難。這一系列的柜型比原有的老式設(shè)備有了很大的進(jìn)步，但由于采用的是空氣絕緣加固體復(fù)合絕緣，體積都較大；就算選用ABB的產(chǎn)品，也需要一個(gè)龐大的箱體才能安裝(圖2、3)。

圖2 ABB公司生產(chǎn)的ZS3.2型開關(guān)設(shè)備圖

圖3 ABB公司生產(chǎn)的ZS3.2型開關(guān)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖1中的開關(guān)設(shè)備尺寸為(寬)1 400 mm×(長)2 800 mm×(高)2 800 mm，加上散熱和故障壓力釋放空間，開關(guān)站內(nèi)部的高度需要4 000 mm，其體積為12 m×5.6 m×4 m=268.8 m3。這樣大的尺寸不能整體運(yùn)輸，需要將箱體分成4塊，并且開關(guān)設(shè)備也不能預(yù)先安裝，需要分開運(yùn)輸，由5～6輛貨車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)再重新組裝，還需要同樣大小的安裝基礎(chǔ)。而在山區(qū)施工的水電站場(chǎng)地都很有限，故該設(shè)備的選型在各個(gè)方面都顯得不合理，從而失去了箱式開關(guān)站可以在工廠內(nèi)預(yù)裝的意義。

如圖4所示，該40.5 kV開關(guān)站所選用的是

中壓箱式氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(簡稱C-GIS)。第一代配真空斷路器的C-GIS由西門子于1982年推出，到目前為止各大公司已有多個(gè)系列的同類產(chǎn)品相繼進(jìn)入市場(chǎng)，在多年的運(yùn)行中顯示出其優(yōu)異的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在的C-GIS已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了全智能和全免維護(hù)。在可靠性和安全性方面，很多廠家的中壓C-GIS已經(jīng)在線運(yùn)行很多年，基本上沒有發(fā)生過由于絕緣問題和載流回路過載誘發(fā)的故障。而其它類型的中壓開關(guān)設(shè)備卻事故頻發(fā)，這些事故的起因一是由于受環(huán)境影響而造成絕緣性能下降引起事故，比如絕緣件表面受潮吸水、絕緣件表面氧化等；二是由于載流回路在發(fā)熱時(shí)又長期暴露在空氣中，其搭接處老化加劇、發(fā)熱，誘發(fā)事故；三是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制不過關(guān)，產(chǎn)品在使用過程中出現(xiàn)了多種影響運(yùn)行的故障；四是產(chǎn)品維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)或沒有按時(shí)維護(hù)保養(yǎng)而出現(xiàn)故障。中壓C-GIS開關(guān)設(shè)備的出現(xiàn)，就是為了避免和減少這些故障的發(fā)生?？梢哉f，C-GIS是非常具有革新意義的產(chǎn)品。

圖5為西門子公司生產(chǎn)的8DA10型C-GIS開關(guān)設(shè)備。

圖4中的開關(guān)設(shè)備尺寸為(寬)600 mm×(長)1 600 mm×高2 350 mm，加上散熱和故障壓力釋放空間，開關(guān)站內(nèi)部的高度需要3 500 mm，其體積為6.3 m×3 m×3.5 m=66 m3，僅有原設(shè)計(jì)方案的25%。這樣的尺寸，既可由一輛貨車運(yùn)輸，還可以在工廠內(nèi)完成所有設(shè)備的生產(chǎn)、安裝、調(diào)試。另外，安裝基礎(chǔ)的占地面積為19 m2，相比原來的67.2 m2，占地面積不到原來的30%。

圖5 西門子公司生產(chǎn)的8DA10型C-GIS開關(guān)設(shè)備圖

2 12 kV箱式開關(guān)站對(duì)比

圖6為12 kV箱式開關(guān)站平面布置圖。

圖6 12 kV箱式開關(guān)站平面布置圖

如圖6所示，該12 kV開關(guān)站選用的是典型的KYN28-12鎧裝移開式交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備。該設(shè)備原型為ABB公司生產(chǎn)的ZS1，由西高院牽頭，聯(lián)合國內(nèi)數(shù)家大型開關(guān)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)共同仿制，同樣具有較高的技術(shù)水平。該設(shè)備采用了許多新的設(shè)計(jì)和制造工藝，可靠性和外觀質(zhì)量等比原有的老式設(shè)備有了很大進(jìn)步，逐漸成為12 kV級(jí)一次配電柜的主流產(chǎn)品。但是，經(jīng)過20年左右的生產(chǎn)和運(yùn)行，暴露出許多無法克服的問題，頻繁出現(xiàn)各種故障和事故，給系統(tǒng)供電和用戶單位造成了不同程度的損失。這些事故中，很大一部分和40.5 kV級(jí)產(chǎn)品發(fā)生的事故原因類似，且以載流回路事故和產(chǎn)品機(jī)械故障最為突出。這些問題的出現(xiàn)已經(jīng)很多年了，有分析認(rèn)為依然是因設(shè)計(jì)的先天不足造成的。所以，很早以前，國外大公司就把C-GIS的概念引入到12 kV級(jí)產(chǎn)品中，以克服缺陷。

圖6中的開關(guān)設(shè)備尺寸為(寬)800 mm×(長)1 700 mm×(高)2 400 mm，加上散熱和故障壓力釋放空間，開關(guān)站內(nèi)部的高度需要3 500 mm。其體積為8.5 m×4 m×3.5 m=119 m3。這樣大的尺寸需要將箱體分成2塊，并且開關(guān)設(shè)備也不能預(yù)先安裝，需要由3～4輛貨車分開運(yùn)輸運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)再重新組裝。

圖7為新型C-GIS開關(guān)設(shè)備的12 kV箱式開關(guān)站平面布置圖。

圖7 新型C-GIS開關(guān)設(shè)備的12 kV箱式開關(guān)站平面布置圖

如圖7所示，該12 kV開關(guān)站選用的是由ABB公司生產(chǎn)的ZX0型中壓C-GIS。尺寸為(寬)400 mm×(長)1 000 mm×(高)2 200 mm，加上散熱和故障壓力釋放空間，開關(guān)站內(nèi)部的高度需要3 300 mm。其體積為4.9 m×2.4 m×3.3 m=38.8 m3，僅為原設(shè)計(jì)方案的33%，既可由一輛貨車運(yùn)輸，還可以在工廠內(nèi)完成所有設(shè)備的生產(chǎn)、安裝、調(diào)試。安裝基礎(chǔ)的占地面積為11.76 m2，相比原來34 m2，占地面積不到35%。

圖8為ABB公司生產(chǎn)的ZX0結(jié)構(gòu)示意圖。

3 經(jīng)濟(jì)性比較

中壓C-GIS開關(guān)設(shè)備的采購價(jià)格略高于空氣加固體絕緣的設(shè)備。但是，以文中列舉的開關(guān)為例，C-GIS高出來的價(jià)格足以抵消大體積空氣絕緣開關(guān)設(shè)備在生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試、配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、征地等方面多出來的成本。還有一點(diǎn)需要指出，C-GIS為智能型免維護(hù)產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)不需要配套檢修和維護(hù)人員。隨著國內(nèi)制造技術(shù)的進(jìn)步，C-GIS總體價(jià)格還在逐漸下降，從而為其大量使用提供了條件。另外，C-GIS的使用周期可以長達(dá)30 a，且不受環(huán)境污染、潮濕、海拔高度的影響。而大中型電站的建設(shè)周期通常為5～10 a，在工程建設(shè)結(jié)束后，這樣的箱式開關(guān)站還可以直接吊裝運(yùn)往下一個(gè)工地，并且可以一直這樣循環(huán)利用，從而可減少大筆重復(fù)性投資；而安裝大體積空氣絕緣開關(guān)設(shè)備的箱式開關(guān)站則很難再被利用，重新全部拆開就是一個(gè)很大的問題，現(xiàn)場(chǎng)重新組裝也將更加繁雜且可靠性大打折扣。

圖8 ABB公司生產(chǎn)的ZX0結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié) 語

C-GIS是非常具有革新意義的產(chǎn)品，它的出現(xiàn)，能避免傳統(tǒng)空氣絕緣開關(guān)設(shè)備在不同條件下所暴露出的諸多缺陷。而在水電工程建設(shè)中選用C-GIS開關(guān)設(shè)備的箱式開關(guān)站，是減少土地占用、節(jié)省工程投資、縮短建設(shè)周期、提高設(shè)備利用率和可靠性的一條有效途徑，較傳統(tǒng)產(chǎn)品具有極高的優(yōu)越性和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙維全.淺談國內(nèi)中壓開關(guān)設(shè)備市場(chǎng)現(xiàn)狀及前景[J].黑龍江科技信息，2011，15(31)：46，205.