35kV 充氣式開(kāi)關(guān)柜、HGIS設(shè)備的綜合比較

黃芬芳

（湖南送變電勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410015）

0 引言

電力需求的不斷增長(zhǎng)、“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的建設(shè)、電力工程建設(shè)復(fù)雜程度的加大，對(duì)電網(wǎng)發(fā)展提出了更高的要求，同時(shí)變電站對(duì)電氣一次設(shè)備小型化、免維護(hù)、智能化的要求也越來(lái)越高。近年來(lái)，電力設(shè)備制造有了較大發(fā)展，大量高性能、高可靠性設(shè)備不斷涌現(xiàn)。變電站采用的新設(shè)備自動(dòng)化水平不斷提高，配電裝置也從傳統(tǒng)形式向無(wú)油化、真空、SF6和機(jī)電一體化的小型設(shè)備發(fā)展。變電站內(nèi)35kV 設(shè)備除了傳統(tǒng)的敞開(kāi)式設(shè)備外，開(kāi)關(guān)柜、GIS設(shè)備也應(yīng)用得越來(lái)越多。本文將針對(duì)35kV 充氣式開(kāi)關(guān)柜、HGIS設(shè)備，從生產(chǎn)、運(yùn)行、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行詳細(xì)比較與分析。

1 35kV 設(shè)備基本情況

1.1 35kV 充氣柜

氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備是將斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器、母線、進(jìn)出線套管或電纜終端等元件組合封閉在接地的金屬殼體內(nèi)，充以一定壓力的SF6氣體作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)所組成的成套開(kāi)關(guān)設(shè)備。由于它既封閉又組合，故占地面積小，不受環(huán)境的影響，運(yùn)行安全可靠且維護(hù)工作量少。

1.2 35kV HGIS設(shè)備

GIS屬于可靠性高、免（少）維護(hù)的開(kāi)關(guān)設(shè)備，它占地面積最小，但由于配置大量的金屬封閉母線，故造價(jià)昂貴。而HGIS將發(fā)生事故幾率極低的母線采用常規(guī)方式（敞開(kāi)式）布置，故造價(jià)較相對(duì)GIS低，且具備結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)潔、緊湊、安裝和維護(hù)方便、運(yùn)行可靠性高等特點(diǎn)。

2 35kV 設(shè)備在通用設(shè)備中的情況

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)基建［2013］157號(hào)《國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于印發(fā)公司標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)成果（通用設(shè)計(jì)、通用設(shè)備）應(yīng)用目錄（2013年版）的通知》，35kV 充氣柜額定短路開(kāi)斷電流為25kA，無(wú)額定短路開(kāi)斷電流為31.5kA、40kA 的充氣柜。如果35kV 側(cè)短路電流較大，需選用31.5kA 和40kA 設(shè)備時(shí)，將無(wú)法選用通用設(shè)備，在國(guó)網(wǎng)的采購(gòu)和招標(biāo)中會(huì)遇到一些困難。35kV HGIS設(shè)備不屬于國(guó)網(wǎng)公司通用設(shè)備，故在國(guó)網(wǎng)的采購(gòu)和招標(biāo)中會(huì)遇到一些困難。

3 35 kV設(shè)備廠家生產(chǎn)及湖南省內(nèi)運(yùn)行情況

3.1 35kV 充氣柜

隨著設(shè)備技術(shù)水平的提高，電網(wǎng)、冶金、鐵路、光口、建筑等領(lǐng)域已開(kāi)始大力應(yīng)用充氣式開(kāi)關(guān)柜，目前國(guó)內(nèi)已有多家設(shè)備廠家生產(chǎn)該設(shè)備。比較好的合資廠有ABB、施耐德、西門子、廣州白云，國(guó)內(nèi)廠家有上海天靈、山東泰開(kāi)、施耐德（陜西）寶光等。相對(duì)來(lái)說(shuō)，合資廠家的技術(shù)比較成熟，且在省外電力及鐵路等行業(yè)有非常多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。目前35kV 充氣柜已在湖南省內(nèi)多個(gè)110kV 及220kV 變電站應(yīng)用，但暫無(wú)長(zhǎng)久的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

3.2 35kV HGIS設(shè)備

35kV HGIS設(shè)備目前的主要廠家分為國(guó)內(nèi)廠家和合資廠家兩類，國(guó)內(nèi)廠家主要有山東泰開(kāi)中壓有限公司，合資廠家主要有北京宏達(dá)日新電機(jī)有限公司、西門子中壓開(kāi)關(guān)技術(shù)有限公司、蘇州阿爾斯通高壓電氣開(kāi)關(guān)有限公司、ABB 高壓開(kāi)關(guān)有限公司等。根據(jù)目前我們收集的相關(guān)資料，山東泰開(kāi)中壓有限公司生產(chǎn)的設(shè)備額定電流主要為1 250～2 500A，額定短時(shí)耐受電流為31.5kA，額定峰值耐受電流為80kA；而合資企業(yè)的設(shè)備目前額定電流主要為1 250～3 150A，部分廠家可做到4 000A，額定短時(shí)耐受電流為40kA，額定峰值耐受電流為100kA。設(shè)備尺寸國(guó)產(chǎn)設(shè)備和合資設(shè)備差別不大。35kV HGIS設(shè)備在南網(wǎng)部分變電站已投入運(yùn)行，由于該設(shè)備屬于國(guó)網(wǎng)非通用設(shè)備，目前在湖南省內(nèi)變電站尚未使用。

4 35kV 設(shè)備特點(diǎn)及運(yùn)行中遇到的問(wèn)題

4.1 35kV 充氣柜

4.1.1 主要特點(diǎn)

（1）開(kāi)關(guān)柜體積小，占地面積少，柜體尺寸（600～800）mm×1 800mm×2 400mm。（2）金屬鎧裝氣體密封，高壓部件防水、防塵、不受環(huán)境影響，不受海拔高度影響，完全免維護(hù)；斷路器采用永磁或彈簧操作機(jī)構(gòu)；固封極柱真空滅弧室，零部件大大減少。（3）采用智能控制和保護(hù)單元，具有控制、保護(hù)、測(cè)量、通信功能，完全實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化要求。（4）三工位開(kāi)關(guān)具有手動(dòng)和電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。（5）具有可靠的機(jī)械和電氣聯(lián)鎖設(shè)計(jì)方案，能有效防止誤操作。（6）開(kāi)關(guān)柜間采用母線連接器，安裝方便、擴(kuò)展靈活，且無(wú)需涉及氣體系統(tǒng)的處理。（7）電壓互感器、避雷器等采用先進(jìn)的插接技術(shù)，方便單元運(yùn)輸以及現(xiàn)場(chǎng)裝配。PT 可與避雷器及隔離開(kāi)關(guān)單獨(dú)配置一面柜，也可與進(jìn)線、出線等合用一個(gè)柜。分段和隔離柜也可以合用一個(gè)柜。（8）開(kāi)關(guān)柜帶有專門的壓力釋放孔以及專門的壓力釋放通道，萬(wàn)一發(fā)生內(nèi)部燃弧故障，不會(huì)對(duì)人身造成傷害。

4.1.2 運(yùn)行中遇到的問(wèn)題及各廠家處理方式

（1）當(dāng)PT 或避雷器置入其他柜時(shí)，基本為直接插接在母線上，若遇PT、避雷器檢修或熔斷器燒壞，需停母線。各廠家的處理方式為：施耐德插拔PT 帶一個(gè)小隔離開(kāi)關(guān)，內(nèi)置保險(xiǎn)；ABB不帶熔絲，可配置一個(gè)小隔離刀閘；廣州白云內(nèi)置熔斷器，PT 直接插接在母線上；上海天靈帶熔斷器，PT 直接插接在母線上。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可采用單獨(dú)的PT 柜，也可采用帶隔離開(kāi)關(guān)的插拔式PT。（2）根據(jù)各單位的運(yùn)行方式，選擇的消諧裝置也不同，有的習(xí)慣用一次消諧（電阻式或零序PT 式），有的習(xí)慣用二次消諧，也有的需要二者兼有。通過(guò)咨詢，各廠家產(chǎn)品均能安裝二次消諧，但部分廠家一次消諧裝置只能安裝電阻式的，無(wú)法安裝零序PT 式消諧裝置，還有部分廠家根本無(wú)法安裝一次消諧裝置。目前廠家對(duì)于一次消諧裝置的安裝已開(kāi)始進(jìn)行研究，以期盡早滿足用戶需求。

4.2 35kV HGIS設(shè)備

4.2.1 主要特點(diǎn)

（1）HGIS將隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)封閉在充氣的殼體內(nèi)，這樣就避免了戶外隔離開(kāi)關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)的瓷瓶斷裂、操作失靈、導(dǎo)電回路過(guò)熱、腐蝕4大問(wèn)題；且隔離開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)合一，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，大大縮小了尺寸，這種三工位隔離開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)，不存在常規(guī)隔離開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)間各種可能的誤操作，因此可簡(jiǎn)化它們之間的電氣操作聯(lián)鎖，使運(yùn)行可靠性大大提高。

（2）采用預(yù)安裝技術(shù)，整套設(shè)備在出廠前安裝、調(diào)試完畢，實(shí)現(xiàn)“即插即用”功能，極大地縮短了安裝周期。

4.2.2 缺點(diǎn)

（1）目前國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的設(shè)備額定電流最大值為2 500A，額定短時(shí)耐受電流最大為31.5kA，對(duì)于部分大電流回路，特別是500kV 變電站低壓側(cè)的總回路適應(yīng)性偏低；合資廠家生產(chǎn)的設(shè)備額定電流最大值可達(dá)3 150A，額定短時(shí)耐受電流最大可達(dá)40kA，有特殊要求時(shí)額定電流最大值可達(dá)4 000 A。因此，國(guó)產(chǎn)設(shè)備存在一定局限性，合資產(chǎn)品雖然能滿足技術(shù)要求，但造價(jià)相對(duì)較高。

（2）目前國(guó)網(wǎng)公司無(wú)通用設(shè)備，物資招標(biāo)困難。

5 同規(guī)模35kV 配電裝置占地、造價(jià)及運(yùn)行維護(hù)比較

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì)方案，35kV 按2回主變進(jìn)線、1個(gè)分段、6 回出線間隔考慮，采用充氣柜和HGIS 設(shè)備的占地、造價(jià)及運(yùn)行維護(hù)比較如表1所示。

表1 同規(guī)模35 kV配電裝置占地、造價(jià)及運(yùn)行維護(hù)比較

6 綜合比較

35kV充氣柜有如下優(yōu)勢(shì)：（1）柜體尺寸減少30%～70%，減少大量基建費(fèi)用。（2）母聯(lián)提升可由一個(gè)間隔實(shí)現(xiàn)，母線PT和避雷器可不占用單獨(dú)柜位，能節(jié)約約20%的占地空間。（3）安裝簡(jiǎn)單方便，減少了現(xiàn)場(chǎng)安裝的時(shí)間和誤操作。（4）因?yàn)楦邏翰糠滞耆芊?，減少了大量的運(yùn)行費(fèi)用及定期試驗(yàn)費(fèi)用。（5）完全無(wú)人值守，降低了人員費(fèi)用。（6）設(shè)備安全可靠，使得系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

35kV HGIS設(shè)備的優(yōu)勢(shì)：（1）節(jié)約大量設(shè)備支架和基礎(chǔ)，節(jié)省土建費(fèi)用。（2）平時(shí)工作量與GIS相當(dāng)，檢修空間大，便于檢修。（3）采用預(yù)安裝技術(shù)，整套設(shè)備在出廠前安裝、調(diào)試完畢，實(shí)現(xiàn)“即插即用”功能，極大地縮短了安裝周期。（4）價(jià)格適中。