复合式组合电器(hgis)

1.GIS 技术的进步 从上世纪 60 年代 GIS 问世以来,GIS 一直处于发展之中,在保持高可靠性的同时,减少材料用量和降低成本。同时在 GIS 的基础上,最新演变出 H-GIS(MTS)即复合式 GIS。 GIS 的进步主要表现在: 1)断路器技术的发展在增大容量的同时减少断口数是提高断路器和 GIS 技术经济指标的最主要措施。减少断口数 能简化结构,提高靠性,同时减少 SF6 气体用量和排放量。目前 550kV SF6 断路器已由双断口发展到单断口。日本三己 开发出 550kV63kA/50KA 单断口 SF6 断路器,我国最新也开发出 550kV 4000A 50KA 单断口 SF6 断路器。 (2)GIS 在壳体结构上从分相式-三相共筒式- 复合化。 GIS 的壳体从分相式发展到三相共筒式,使 GIS 进一步小型化。目前国际上已做到 300kV 全三相共简化,550kV 母线三 相共筒化。复合化是将多个元件运合在一个充气筒内,如将断路器和母线复合为一个充气筒内,又将隔离开关、接地开 关、避雷器和电豆互感器由原来多个气筒复合为一个气筒。这样做可使 GIS 小型化、轻量化。 (3)元件的多功能化,如将隔离开关和接地开关复合成三工位隔离 /接地开关,可省略电气操作联锁,不存在 DS 和 ES 间各种误操作,显著提高了运行可靠性。 (4)铝合金铸造和加工技术的发展使外形和体积最小化。GIS 壳体有钢板卷制、铝板焊接和铸铝结构,以铝合金铸造 气密性最好,且能按绝缘要求优化需壳形状。 (5)使用智能化监控和诊断工具以延长维修周期,并避免不必要的工作。 GIS 智能化技术可对 GIS 进行在线检测,及 早发现故障,防患于未然,又可对 GIS 进行状态监视,变定期维护为状态维护。这样做大大提高了运行可靠性,同时大大 节省了维护费用,因而智能化会带来巨大技术经济效益。因此 GIS 二次控制从传统的电磁机械式走向智能化,这是电网 自动化的需要,也是提高 GIS 可靠性的需要。 2.复合式是合开关设备兴起(MTS)(H-GIS) 高压开关设备按其绝缘可分为三种类型:(1)空气绝缘的敞开式开关设备(AIS);(2)气体绝缘金属封闭开关设备(GIS); (3)混合技术开关设备(MTS)。 MTS 是继 AIS 和 GIS 之后出现的特别适用于超高压和特高压的开关设备。 AIS 以优化投资成本为特征:GIS 以最小的空间需求为特征;MTS 则以可靠性极高的单线布置为特征。 混合技术开关设备(Mixed TechnologiesSwitchgear-MTS)是基于敞开式开关设备组合及气体绝缘金属封闭开关设备组合 的组合式开关设备。MTS 可分两类:一类为敞开式组合电器 ;另一类为 H-GIS(Hybrid Gas Insulated Switchgear)即复合式 GIS。敞开式组合电器是以敞开式元件组合形成的开关设备,基本型号为 ZCW。复合式 GIS(H-GIS)是三相空气绝缘且 不带母线的单相 GIS。基本型号为 ZHW。国内将 H-GIS 亦称为准 GIS,简化 GIS 等。 空气绝缘的敞开式开关设备(AIS)以瓷套作为设备外壳及外绝缘,优化了投资成本。但占地面积大旦因设备外露部件多, 易受气候环境条件的影响,不利于系统的安全及可靠运行。而 GIS H-GIS 在减少占地面积方面具有明显的优势,而且 GIS H-GIS 的功能元件封闭在气体绝缘壳体内,因而抵御外界环境影响能力较强。GIS 是属于可靠性高、兔(少)维护的 开关设备,它占地面积最小,但由于配置大量的金属封闭母线,使得造价昂贵,而 H-GIS 的造价介于 AIS 和 GIS 之间。 相对 GIS,H-GIS(或 MTS)只将一相断路器、隔离/接地开关、CT 等集成为一组模块,整体封闭于充有绝缘气体的容器内, 而对发生事故机率极低的母线,则采用常规方式(敞开式) 进行布置 ,也就是说,H-GIS( 或 MI 别是一种不带充气母线的相间 空气绝缘的单相 GIS,因而,使得现场结构清晰、简洁、紧凑、安装和维护方便、运行可靠性高。相对 AIS,MTS 将隔离 开关和接地开关封闭在充气的壳体内,这样就避免了户外隔离开关经常出现的瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热、腐 蚀等 4 大问题。又由于隔离开关与接地开关合一简化了结构,大大缩小了尺寸。这种三工位隔离开关与接地开关,不存 在常规隔离开关与接地开关间各种可能的误操作,因此可省略他们之间的电气操作联锁,使运行的可靠性大大提高。 对于变电站来说,H-GIS 的优势在于:(1)MTS 开关设备完全解决了户外隔离开关运行可靠性问题。同时由于各元件组合, 大大减少了对地绝缘套管和支柱数(仅为常规设备的 3050) 。这也减少了绝缘支柱因污染造成对地闪络的概率,有助 于提高运行的可靠性:(2)由于元件组合,缩短了设备间接线距离,节省了各设备的布置尺寸。相对于传统的 AIS,大大缩小 了高压设备纵向布置尺寸,减少占地面积达 4060;(3)由于采用在制造厂预制式整体组装调试、模块化整体运输和现 场施工安装的方式,现场施工安装更为简单、方便。同时减少了变电站支架、钢材需用量。又由于基础小,工程量少,混 凝土用量少,大大减少了基础工作和费用开支;(4)由于 MTS 模块化,非常灵活,特别适用于老式变电站的改造。MTS 正是 适应欧洲 50 年代和 60 年代老电站需要改造而兴起。MTS 减少了老变电站升级改造的施工难度和投资规模,同时提高 了可靠性。 目前国内三家大型企业(西开电气、平高集团和新沈高 )正在积极研制 1100kVGIS 和 H-GIS(MTS)。 高压等级越高,越能显示出 H-GIS 的优势。根据广东的经验,H-GIS 相比 GIS 具有明显的价格优势。如 550kV 一间隔设 备费用约为 720 万美元(2002 年到岸价), 而 H-GIS 一间隔约为 183 万美元(横沥站 2002 年 DDV 价),约为 GIS 一间隔价 格的 1/4,同时 GIS 扩建麻烦,而 H-GIS 不带母线,分相布置 ,当一相断路器需维护或扩建时,只需断开与三相母线的连接线,因 此 H-GIS 相比 GIS 占有价格低和扩建维修的优势。 H-GIS 与 AIS 相比,H-GIS 综合费用比 AIS 虽贵些,但它的技术经济 指标优越,特别减少了套管数量(约为 AIS 的 50),支柱绝缘子数(约为其 20),设备支架数( 为其 209b),占地面积(为其 60),安装工作量(为其 50),维护工作量( 为其 20)等。 550kVMTS 在国外都有生产和使用。国外以日本为例,三菱和东芝都在生产 MTS 产品。三菱 550kVMTS 从 1973 年开 始已有 19 座变电站在运行,至今已有 194 台供货记录。1979 年日本关西电力公司的 500kV 西播变电站技运 10 间隔 550kV/4000A/5。KA 的 MTS,至今运行没有发生任何问题。 1987 年日本东京电力公司的 500kV 的变电站,扩建的 5 号 主变电站工程选用 Mm 以来, 没有发生任何故障。2004 年、2005 年国家电网公司和南方电网公司又在多个 500kV 变电 站选用了 MFTS 开关设备。我国即将开工建设的 1000kV 特高压输变电试验示范工程,其中有的变电站将选用 1100kV MIS。 我国现运行的 550kVMTS 设备中已有三菱、东芝和西开电气产品。2001 年西开 ZHW-550 型产品在福建水口电厂 投运。 3.GIS 在我国发展势头强劲 GIS 是气体绝缘金属封闭开关设备的英文简称。 GIS 在我国发展势头强劲。产量大幅增加。据统计 2005 年 550kVGIS 的产量为 107 间隔,而上年仅为 8 间隔,因此增长 13.38 倍。252kVGIS 的产量为 2899 间隔,上年仅为 2280 间隔,同比增长 27.1596。GIS 生产厂家猛增,国企、合企、民企 一起上。据笔者不完全统计,现生产和研制 GIS 厂家约有 20 多家,计有:西安西开高压电气股份有限公司、平高集团、 上海华通开关厂有限公司、新东北电气(沈阳) 高压开关有限公司、北京北开电气股份有限公司、西安高压电器研究所 电器制造厂,泰开集团有限公司、正泰电气股份有限公司、上海西安高压电器研究所有限公司,如泉高压电器有限公司、 平高一一东芝高压开关有限公司、上海西门子高压开关有限公司、Areva 集团公司、益和电气集团股份有限公司、上 海平开华明高压开关有限公司、北京华东电气股份有限公司、山东鲁能恩翼帕瓦电机有限公司、维奥输配电(广州)有 限公司、江苏现代南自电气有限公司、泰山恒信开关集团、湖北永鼎开关有限公司、天水长城开关厂等。 在这 20 多个生产厂家中,首先都生产6kVGIS,也有的生产到 252kVGIS。在生产 553kVGIS 厂家中,外企( 合企)主要有 ABBSienms、Arewa、东芝、AE Power 等企业。国企主要有西开高三电气和新沈高。在 2006 年中国名牌产品中,西开 夏压电气和新沈高的 72.5kV 及以上气体绝缘金属玄旬开关设备(GIS)被评为中国名牌产品。目前言主占国内市场相当 大份额,如占 550kV 断路器和 GIS 市场的 80,占 252kVGIS 市场的 50,占 126kV GIS 市场的 30。但随着国企实力 的增强和民企的崛起,这种局面会得到扭转。 我国已启动 1100kV 特高压交流输电工程。目前国内三大企业( 西开高压电气、平高集团和新沈高)正在积极研制 1100kVGIS 和 H-GIS。 4.中国名牌产品 2006 年 9 月 1 日,中国名牌战略推进委员会以2006 年第 6 号文件发布公告,并于 2006 年 9 月 6 日在人民大会堂向 获得2006 年中国名牌产品芝企业颁奖。在获此殊荣的 556 个产品中,高压开关行业在72.5kV 及以上气体绝缘金属封闭 开关交备(GIS)项目上,有两家企业的产品被评为中国名牌产品 。他们是:西安西开高压电气有限公司简称西开电气)的 XD牌 GIS 和新东北电气(沈阳 )高压开关有限公司(简称新沈高) 的NH-VS牌 GIS。 作为全国高压开关行业的大型企业,西开电气司新沈高 GIS 都达到 550kV 水平。作为典型产品,这里介绍这两家的 550kVGIS。 ZF15-550(L)/4000-63 型 GIS 是新沈高根莞三峡工程对 550kVGIS 的需要,从 ABB 引进先进的 GIS 制造技术,经消化吸收 而研制成功的具有国际先进水平的产品。主要参数为 550kV/4000A/63kA。SF6 气体年漏气率小于 0.5。其主要特点 亏:(1)灭弧能力强,开断电流大。断路器采用小型化单压式灭弧室和特殊喷口结构;(2)喷口耐弧能力强。喷口采用专有技 术制成,可连续开断额定短路电流 20 次无需检修;(3)绝缘水平高。通过优化电场和元件的结构尺寸及采用合理的屏蔽技 术; 4)铝外壳无涡流损耗;(5)绝缘拉杆强度高,通过 10000 次机械寿命试验仍完好无损;(6) 流通能力强。断路器采用螺旋 弹簧滑动触指和自立型触头,导电性好,热稳定性好;(7)采用 ABB 公司 HMB-3 型弹簧储能液压操动机构;(8)积木式设计, 通用性强;(9)可靠的密封结构。GIS 法兰连接采用单道多重静密封 ,断路器和隔离开关的动密封采用双密封系统。 ZF8-550 型 550kVGIS 是西开电气消化吸收日本三菱电机株式会社 550KVGIS 技术而生产的产品。主要技术参数为 550kV/4000A/63kA。产品主要特点为 :(1)开断能力强,最大开断能力为 67-70KA。灭弧室利用电弧电能增压,利用端流增 强喷嘴气吹能力。弧触头采用整体烧结的铜鸽触头;(2)断路器操动机构为气动分闸、弹簧合闸机构;(3)GIS 中盆式绝缘 子、绝缘筒、绝缘拉杆、绝缘台等环氧树脂绝缘件具有高度绝缘可靠性;(4)GIS 产品设计成若干运输包装单元,便于现 场安装,又可减少现场工作量;(5)GIS 的 SF6 气体系统采用分散监控方式,取消了 SF6 阀门和 SF6 管路系统。采用新型自 封接头和 SF6 密度计。 5.126kVGIS 产品的改进 126kV GIS 量大面广,在我国运行已一二十年 ,积累了丰富的运行经验。制造厂商根据生产和运行经验对 126KVGIS 不 断改进。这些改进主要体现在参数的提高或结构的更新,使之更加小型化,性能更加优异。如平高集团现已将 ZF12- 126(L)型 GIS,提升为 ZF12-145(L)型 GIS。其参数从 126kV/2000A/31.5kA 提升到 145kV/3150A/40KA。上海华通开关 厂有限公司对 80 年代生产的 ZF3-126 型 GIS 进行了优化设计,开发出 ZF3-126/T2000-40 型 GIS,如将液压操动机构改为 弹簧操动机构,采用自能灭弧原理,将额定电流从 1250A 提升到 2000(2500)A。将总体积从 28m3 缩减至 15m3 等。又如 西安高压电器研究所在原 126kVGIS 基础上又开发出小型化 GIS 及智能化 GIS。西开高压电气将原 ZF7 型 GIS 进行