-GIS产品的选型与应用

2.1真空断路器的选用
开关柜是一种开关设备,而不仅仅是断路器,开关柜中包括了断路器、隔离开关、母线、CT、肝、避雷器、支柱绝缘子和穿墙套管等电气元件。操动机构与真空灭弧室一体化布置的真空断路器以其优越的开断性能和极高的电气、机械寿命在克服了如截流、重燃操作过电压等缺点后,现已广泛应用于开关柜中o它的发展经历了ZN12-352N65-123AH5的极柱空气绝缘型产品,到VS142、ZN63-12、VD4的极柱绝缘筒型式产品,再到VEP的固封极柱式产品的小型化发展过程。由于极柱绝缘筒型式产品在重庆地区使用中存在先天性设备绝缘缺陷如在运行中存在绝缘性能普遍下降现象,运行几年后,开关绝缘筒及其内部的元件都普遍受到严重的腐蚀因此重庆地区一般选用极柱空气绝缘型或固封极柱式真空断路器产品。
2.2开关柜的运行情况、发展情况和选型开关柜在运行中发生事故主要有三大类起因:一是绝缘事故,主要是为了缩小开关柜体积,在柜中采用了大量的绝缘材料,绝缘材料在脏污、潮湿、凝露的环境条件下会受到严重的腐蚀导致介电性能下降,引起放电、闪络;二是载流回路不良引起,这类事故多发生于手车柜中的手车动静隔离插头和固定柜中的隔离开关的动静接头由于一些接插头接触不良,在长时间流过大电流时引起接插头发热、冒火进而破坏绝缘引发相间相对地击穿·三是因小动物短路引起事故和人员触电事故,这类事故多发生于GG-lA等早期的固定柜中这类开关柜未完全封闭、也无隔离措施,母线是暴露在开关柜外,开关柜内各个间隔之间也没有进行有效的隔离,五防装置不完善,不能有效杜绝人员触电事故。
   过去的1OKV开关柜一般有两个特点:占地和空间大、一次回路带电主元件未完全封闭在开关柜内。开关柜的发展也是按照这两个方向来发展的,譬如为了减小占地和空间取消了隔离开关和旁路柜,由固定柜发展为手车柜·为了消除小动物短路事故和人员触电事故的发生,把原来半封闭式固定柜(GG-1AF型)发展为全封闭式的箱型固定柜(XGN2),即把母线放于开关柜内,并在柜内按功能进行不完全分隔,这种改造的成功是采用了旋转式隔离开关和穿墙套管的结果。
   箱型固定柜是一种空气绝缘开关柜,同时按照全工况条件选择绝缘件,可以有效防止绝缘事故的发生,因此箱型固定式开关柜是目前重庆地区1OKV、35kV户内开关柜的主选产品。今年夏季,时逢重庆地区100年一遇高温旱灾,其间我公司数千面开关柜未发生一起绝缘事故仅发生了三起因高温载流回路不良引起的开关柜短路烧损事故从根本上改变了前几年一到夏季频繁发生国产手车柜因绝缘下降引起的开关柜短路烧损事故的被动局面这一方面是近几年公司加大了对可靠性不高的开关柜的改造力度的结果,另一方面也说明了公司对开关柜选型的有效性。
    箱型固定柜通过放宽一次带电元件紧凑化结构设计要求,并减少合成材料的使用来提高设备的气候适应能力,并采取一些如装设加热器和除湿器的定期投入来防止污闪、湿闪定期清理或维护、及时更换损坏部件等措施,才能保证开关设备的运行安全。但箱型固定柜毕竟是一种以空间换可靠性的过渡产品,体积大的致命缺点限制了它的使用范围,特别是是在城镇中心和经济发展区域使用小型化开关柜变得非常必要和迫切。
    初期的基本要求是把空气绝缘设备做得更小巧、更紧凑,通常采取增加相间的电气屏障或绝缘隔断等措施来实现。因此近几年开关柜的发展就是按照避免大气环境影响体积小运行可靠性高等几个方面来发展,譬如为了进一步减小开关柜体积,大量采用了复合绝缘技术(包裹热缩绝缘材料、在导电体上浇铸或涂敷绝缘材料等);为了进一步减小受外界环境条件的影响程度,采用全封闭、全隔离技术来提高开关柜的防护等级手车柜的防护等级目前可以达到IP4X。
    但小型化设计的开关柜对导电尘末和其他类型污染(包括酸雾、凝露等)更加敏感,这样的开关柜小型化进程同样未完全消除外界恶劣环境的影响,一方面由于大量采用了复合绝缘材料,对绝缘材料的可靠性要求很高,如以压铸环氧树脂为绝缘材料的开关柜,在污染严重的情况下会导致局部放电,在酸雾、凝露严重的情况下会引发开关柜短路事故;另一方面未能杜绝重庆地区外界恶劣环境(特别是酸雾、凝露)对绝缘材料的严重腐蚀,往往运行一段时间后就会出现绝缘性能普遍下降现象,这在国产手车柜产品中普遍存在,采用的绝缘材料往往不过关,如绝缘材质不好,抗老化差,易受潮、凝露;国产手车柜还普遍存在发热问题,如由于加工精度不高或材质原因,隔离插头或隔离开关的动、静触头接触压力不够,触指在流过大电流时发热,弹簧退火导致触指压力减小,长期运行后触指和静触头之间放电,引起短路事故。
   由于国产手车柜在运行中特别是夏季频繁、重复发生手车柜短路烧毁事故,为彻底根治这一开关柜设备因先天性缺陷带来的事故隐患,市公司每年都要投入大量资金专门用于国产手车柜的整体更换,据统计,先后已投入了近5000万元改造了7个变电站的开关柜设备。
   针对上述情况,我们对手车柜的新设备选型原则是:对于市区或征地困难的地区为节约土地资源和征地费用,1OKV、35kV户内开关柜应选用国际著名品牌合资厂生产的金属铠装移开式开关柜。
2.3 C-GlS将成为开关柜的主流产品
   中压开关柜要做到体积小,在运行中不受外界大气环境条件的影响运行可靠性高从根本上避免发生开关柜在运行中发生的三大类常见事故,出路就是C-GIS产品。
(1)C-GIS的特点
1)开关柜尺寸的缩小可以节省设备的安装空间,
C-GIS产品的尺寸非常适合并符合小型化要求。
2)C-GIS产品可以保障运行、维护人员的安全性,气箱与电缆的模块化插接技术可以阻止接触带电导线,可以避免由于人员误操作导致的危险。
3)C-GIS设备采用了激光焊或氢弧焊焊接技术,气箱密闭性很好,气体年泄漏率一般小于0.1%,使用年限可以超过20年,S凡绝缘可防止接触面和螺栓连接的氧化,外部环境不会对绝缘造成损害,开关柜高压元器件可以做到免维护。
4)采用固定柜方式避免了手车柜隔离插头接触不良引发事故的可能,采用模块化插接技术实现高压元器件气箱的扩展,以电缆终端作为进出线,即实现气室之间和气室内外高压元器件的相连。
5)密封性是保证开关柜长期安全运行的基本要求,C-GIS设备的全密封、全绝缘性决定了它对环境的高适应性,它将一次回路带电主元件及其绝缘件装在密封充气金属箱体中杜绝了外界大气环境的影响,绝缘材料不会因为受到腐蚀而导致绝缘性能下降,并大大延缓了绝缘材料老化,与高可靠性、长寿命、免维护的真空灭弧室和三工位负荷开关灭弧室相适应,提高了整个C-GIS产品的运行可靠性和使用寿命。
   (2)制约大量采用的因素
   目前,制约C-GIS产品大量采用主要有以下几个因素。
   1)箱体的密封装配是C-GIS产品的可靠性能否得到保障的重要因素由于国内厂家在焊接工艺、动静密封材料的质量、模块化插接技术等方面还有待进一步提高和完善,导致进口、合资产品的价格居高不下。
   2)限制使用范围的原因是三工位负荷开关的额定电流容量还不能满足城市负荷中心区变电站内采用,局限在开闭所内采用重庆市电力公司准备将C-GIS产品纳入2007年度开闭所开关柜的年度集中招标项目,准备逐步采用。
3 SF6环网柜和SF6环网供电单元的广泛采用提高了重庆地区配电网络的运行可靠性
   近几年,我国城市配电网的发展呈现两个特点:以环网供电系统为主的配电网络构架逐步形成、发展和完善;以SF6负荷开关为主的环网柜的大量采用,大大提高了配电网络的运行可靠性并为配电自动化的实现建立起了坚实的一次网络构架和一次网络设备基础o而扮演主角的就是SF6环网柜和SF6环网供电单元。
   SF6环网柜和SF6环网供电单元主要以采用三工位负荷开关为主。由于负荷开关具有灭弧装置简易,开断可靠;没有复杂的操动机构,运行可靠;价格比断路器低;由于是全绝缘封闭,所有带电部件已经安装好,对环境影响不敏感,维护检修方便等优点,从国外的使用情况看,断路器与负荷开关的使用量之比为1:6。其中:SF6环网柜是一种SF6气体与空气混合绝缘的负荷开关环网柜它把母排置于空气中,由于SF6负荷开关具有优异的电气性能能方便实现三工位功能,简单、可靠,电气寿命长,组合方便,体积比手车柜小很多另外造价低适用于户内开闭所、配电房使用。
   SF6环网供电单元作为环网柜中的C-GIS产品,将几个负荷开关回路的所有带电元件全部密封在充有低压力的SF6不锈钢金属箱体中,以SF6气体绝缘。做到了体积小、结构紧凑、全密封、全绝缘、价格低、应用灵活(既可用于环网,又可用于终端),运行中不受尘埃,凝露甚至洪水等影响。它的体积和免维护特性,包括电缆连接在内没有外露的高压带电体,特别适合在大气环境条件恶劣的重庆户外和外部环境恶劣的开闭所、配电房(如地下室)的城市配电网中使用。
  (1)重庆城市配电网网络结构型式的转变为大量采用SF6环网柜和SF6环网供电单元提供了前提和可能。
   过去,重庆城市配电网络是把输电网中的树校放射式、直供式等供电方式扩展到配电网,没有根据配电网络自身的运行特点统筹规划以环网供电系统为主的配电网络构架导致配电网络中主要以修建开闭所和配电房为主发展到今天五个向重庆主城区供电的供电局,负责多达了多达350多个公用开闭所和2600多个公用配电房的运行维护工作。
   开闭所和配电房为主与环网供电为主的配电网络比较:
   1)过去建设的开闭所和配电房的建设成本很高,严重制约了城市配电网的建设与改造。
   一方面,开关设备主要以真空断路器手车柜为主,使设备成本很高,一个2进10出,1个分段规模的城市负荷中心区开闭所采用合资企业手车柜产品,加上二次微机保护、自投装置及直流设备,使设备价格接近二百万元,而用SF6环网柜组合成一个开闭所,设备造价比用同档次真空断路器手车柜降低了一半以上。
   当然,在开闭所内其出线回路是选用断路器还是负荷开关一般由出线回路的性质决定:一种开闭所是变电站的延伸,出线主要是环网主回路,出线回路作为配电网的电源,这种情况一般选用断路器开关柜;另一种开闭所是户外环网柜的集中安装,主要是用电负荷,这种情况一般选用负荷开关柜。
   另一方面,电力电缆用量的成倍增加,严重制约了城市配网线路下地改造工程的推进速度。如果同一个开闭所向两个位置相临的供电用户分别供电时,需要2根几乎相同的电力电缆而采用户外SF6环网供电单元时仅需要1根电力电缆即可实现。
   还有,开闭所、配电房的房屋和扩大规模的电力电缆沟的修建也大大增加了配电网的建设成本。SF6环网供电单元以及预装箱式变电站的使用,可以避免修建开闭所、配电房的房屋及大型的电力电缆沟,极大地降低了配电网的建设成本。
   2)以开闭所和配电房为主的配电网络运行可靠性不高
   在用电密度大、负荷集中的城市中心区采用但辐射型供电方式,一旦辐射干线发生故障将引起大面积长时间的停电;
   还有,开闭所和配电房中采用了大量的国产手车柜,运行可靠性差、运行维护成本高。因为开关柜完全暴露在气候条件下大气环境的潮湿凝露会使许多金属、绝缘部件上出现很多液体凝集,特别是酸雾侵蚀在重庆这种高湿度地区非常严重其维护保养工作量大,一般运行3年左右就要进行一次大修,5年左右就要整体更换,近几年供电用户移交市电力公司运行维护的公用开闭所和配电房其中的开关设备大部分一经移交就需整体更换改造,使城网技术改造工作十分繁重。
图1~图4所示的照片就是已在一个开闭所运行了3年左右的国产手车柜大修之前的状况,可以看出,开关柜内的金属件和绝缘部件在重庆这种比较特殊的恶劣气候条件下,受到了严重的腐蚀,开关柜的电气性能、绝缘性能、机械操作性能显著下降,维护保养工作量显著增大,使用寿命也大大缩短。
近几年,随着重庆经济的迅速发展,城市电网负荷密度越来越大配电网对可靠性的要求越来越高,城市电网供电方式逐步向环网型供电方式发展,环网供电技术以其独特的优越性在城网配电系统中得到广泛采用,而在配电网系统中,作为环网供电和终端供电的重要开关设备,SF6环网柜和SF6环网供电单元因其造价低、占地少、供电可靠性高、施工周期短等特

点,也得到广泛应用,大大提高了城市配电网的供电可靠性。
   施耐德公司的SM6型SF6环网柜在重庆地区已使用了10年,RM6型SF6环网供电单元己使用了8年,到目前为止,未经过任何大修处理,运行状况仍然非常良好,而与它们同批次上的国产手车柜基本上都进行了大修,大部分已进行了整体更换。这从一个侧面说明,SF6环网柜和SF6环网供电单元是适合重庆地区城市配电网使用的少维护、小型化、经济型产品,同时自动化程度也很高,我们在一些重要的供电区域还实现了配网自动化。
  (2)城市配电网的规划和设备选型
  为了提高城市配电网的供电可靠性、利用率,降低配电网的建设与改造成本,结合重庆地区的实际用电情况,借鉴国内外的先进经验,城市配电网络逐步引人并推广以户内SF6负荷开关环网柜和户外SF6环网供电单元为主以电缆进出线为主的"手拉手"式环网供电系统,以构筑网架坚强、设备可靠的电网,确保电网安全可靠运行。
   1)除负荷特别集中、密度大而每回出线的用电负荷又特别大的场合外,不再规划建设开闭所。市中心区应全部按地下电缆网络建设,对现有开闭所配电网络进行改造,以开闭所实现分区供电、互联供电,且计划在十一五期间,使城市配网线路绝缘化率到达80%以上。
   2)尽量利用市政道路、园区等建设项目,大量采用户外SEK环网供电单元设备,按照供电区域进行整体规划改造和建设,逐步完善配电网络结构,尽快实现配电网络结构由辐射网向环网供电方式的过渡,建立一个环网和直供线相结合的配电网络。
3)按照N-1的原则,在市中心区要求做到一个110kV变电站全站停电时,配电负荷能转移出去,对用户不停电;在市区内要求做到一个110kV变电站一段母线停电时,配电负荷能转移出去,对用户不停电。
4)结合配网自动化改造和技术改造等项目,大量采用SF6负荷开关环网柜对开闭所内的老旧和运行可靠性差的开关设备进行整体更换。
作者简介
5)积极推动C-GIS产品在全部选用断路器开关何宁(1965-),男,硕士,高级工程师,重庆市电力公司生柜的开闭所内使用。

4结束语
C-GIS产品作为高压GIS产品向中压开关设备领域拓展而形成的新技术产品随着它的不断改进和完善,价格不断降低,以其不受大气环境条件影响,体积小,运行可靠性高等优点,在不远的将来,会成为变电站、开闭所的主流开关柜设备。SF6环网供电单元以其体积小、结构紧凑、全密封、全绝缘、价格低、应用灵活,在运行中不受尘埃,凝露甚至洪水等影响,为配电网络结构由辐射网向环网供电方式的过渡和转变提供了设备基础,应用前景十分广阔。