KGN8型铁道高压开关柜与同类型开关柜的比较分析.doc

铁道用KGN8型高压开关柜与同类型开关柜的分析比较KGN8-27.5型与KGN8-55(227.5)型铠装固定式高压金属封闭开关设备是为电气化铁道供电而设计的。具有体积小、占地面积少、操作方便、安全性高等优点。在与其它柜型进行比较之前首先明确几项前题：根据国家电网公司近来公布的八项反事故措施，40.5kV(原35kV)电压等级中，导体对地及相间的安全距离不得小于360mm(原规定300mm)。27.5kV的安全距离过去也采取了300mm的规定，KGN8-27.5型(包括KGN8-55型)开关柜已经把安全距离扩大到360mm，其它柜型还没有更改，所以比较的基础不同；手车式(移开式)开关柜的设计基础是过去少油式断路器，为了换油检修方便。现在普遍使用了真空断路器，很少维护和检修，使用手车式开关柜不但没有意义，相反，却暴露出很多的隐患；在110kV及以上电压等级至今还没有找到可替代SF6的气体，不得不使用。27.5kV55kV的电压等级中，在一般平原地区使用SF6气体绝缘的必要性并不很大。在高原、严重污秽地区却有使用的必要性。如果受到安装地点空间的限制，应该通过改进柜子的结构来减小体积、节省占地面积；占地面积的大小并不完全取决于开关柜体积的大小，还要考虑其能否靠墙安装、是否需要安装其它辅助设备、是否需要很大的检修通道；设备的安全性除了考虑环境对其的影响外，还要考虑一旦出现故障是否可以能够修复、快速修复；SF6气体已经是被限制使用的温室气体，SF6气体本身无毒，但其再电弧作用下产生的衍生物具有剧毒，危及人身安全。其温室系数是CO2的2.42.6万倍！对地球的危害时间达3400年！每年向大气中排放的4500吨，却相当于1.2万亿吨的CO2的危害！我国是京都议定书的签字国，应该首先遵守减排条约。环氧树脂浇注的固体绝缘一般在局部绝缘不足的情况下可以有限制使用一些，当空气绝缘完全满足要求的情况下就不必再使用了。环氧树脂这种高分子材料终究要老化，尤其在高温情况下会老化加速。此外，环氧树脂在自然环境下，200年都降解不完全，对环境的影响不容轻视！所以说，固体绝缘也不是环保产品。表1表4为KGN8-27.5型、KGN8-55型与其它开关柜的性能比较。通过比较分析基本可以得出如下结论：KGN8-27.5/55型铠装金属封闭高压开关设备（空气式绝缘）与同样是空气式绝缘的金属封闭高压开关设备相比，具有安全、可靠、体积小、占地面积少、全电动操作、检修方便等特点，其优势十分明显。KGN8-27.5/55型铠装金属封闭高压开关设备与SF6气体绝缘的金属封闭高压开关设备相比，虽然体积稍大，但占地面积要少9.7%。由于SF6气体绝缘柜柜后要有检修通道，户外还要另外安装隔离开关，所有进出线全部使用电缆转接等因素，最终的占地面积却没有减少很多。相反，其综合造价却是KGN8开关柜的5倍以上。SF6气体绝缘柜（C-GIS）并不是所想象的绝对安全，一旦发生内部故障，停电时间很难估计！环保问题也需考虑。表1 无备用母线式KGN8-27.5型开关柜与普通开关柜(ASN-27.5)的性能比较序号技术性能ASN手车柜KGN8固定柜结论备注1外形尺寸(宽深高)电缆进出线900X2200X26001200X1300X2800减小15%不该使用电缆进出线方式架空进出线900X2950X26001200X1300X2800减小36%常用架空进出线2占地面积电缆进出线900X(2200+800+1500)1200X(1300+100+1500)减小14%ASN柜后要有800mm、柜前面要有1500mm空间。KGN8靠墙安装只需距墙100mm的间隙，柜面对面间只要1500mm。架空进出线900X(2950+800+1500)1200X(1300+100+1500)减小26%3额定电流2500A3150A更高可满足更高要求4短路开断电流31.5kA31.5kA同样5关键部位可观察性触头无法观察触头可观察、可测温更安全触头的接触状态直接影响安全6测温装置需要不需要更安全散热条件良好，无须测温7加热装置需要不需要更安全加热装置容易引起火灾8柜体更换不能能很方便中间柜不能更换9绝缘距离300360更安全新电力行业标准规定安全距离360mm10更换断路器方便方便同样虽然极少维护，但要做到能维护11外观美观美观同样12操作力手车(隔离)操作很困难，接地开关操作也很困难电动操作为主，还可轻松手动更安全、更轻松GB1985规定操作力要小于60N13电流互感器一般只有两个二次绕组。可以装四个绕组。更方便考虑变压器保护，需四个绕组14一次主接线方案无顶架空、电缆进出线方案有顶架空、电缆进出线方案实用性好接触网为架空方式，节省电缆转接15防尘性能很难清扫容易清扫安全性好尘埃容易诱发放电、绝缘老化16解锁后的自恢复性解锁难，恢复也难解锁容易，恢复也容易实用性好检修、试验方便17现场安装配制母线、螺栓连接，较烦琐母线预制分段压接，很方便安装方便安装极其方便、快捷18保护、控制模式单一断路器柜断路器、负荷开关两柜并列安全性高负荷开关保护所变，可靠性高19频繁操作性能一般很好安全性高只有电动操作微机才能控制到闸操作，保证安全、可靠20经济性不节省可节省20%以上的造价造价低节省电缆、附属设备、占地面积21容性电流开断能力不理想理想更安全开断后R型球触头的绝缘恢复能力强表2 带备用母线式KGN8-27.5型开关柜与普通开关柜(XYN9-27.5)的性能比较序号技术性能XYN9手车柜KGN8固定柜结论备注1防护等级柜内、外间IP2XIP4X更安全GB3906规定不得无防护隔室间无防护IP2X操作时的防护开门操作，无防护关门操作有IP4X级防护2活门无有更安全不符合GB3906规定3外形尺寸(宽深高)电缆进出线1200X2200X26001200X1900X2800减小9.3%不使用架空进出线无1200X1900X2800很实用电缆引出到杆塔再架空，增加造价4占地面积电缆进出线1200X(2200+1000+1500)1200X(1900+100+1500)减小25%XYN9柜后要有1000mm、柜面对面间要有3000mm空间。KGN8靠墙安装只需距墙100mm的间隙，柜面对面间只要1500mm。架空进出线1200X(2200+1500+2000)1200X(1900+100)减小65%无架空方式，按电缆引出再架空方式比较。按柜后1000、柜面对面间3000、出线杆塔占地宽度2000计算。5额定电流2500A3150A更高6短路开断电流31.5kA31.5kA同样7关键部位可观察性触头无法观察触头可观察、可测温更安全8测温装置需要不需要更安全9加热装置需要不需要更安全避免火灾10柜体更换不便能更方便KGN8柜间有并柜条方便更换11绝缘距离300360更安全新电力行业标准规定安全距离360mm12更换断路器方便方便同样真空断路器极少维护，但要做到少维护、能维护13外观美观美观同样14操作力手车(隔离)操作困难电动操作为主，还可轻松手动更安全省力GB1985规定操作力要小于60N15电流互感器每相一只，每只最多两绕组每只最多四绕组更实用考虑变压器保护，需四个绕组16一次主接线方案无架空、电缆进出线方案有顶架空、电缆进出线方案更实用接触网为架空方式，KGN8可节省电缆转接17防尘性能很难清扫容易清扫更安全尘埃容易诱发放电、绝缘老化事故18解锁后的自恢复性解锁难，恢复也难解锁容易，恢复也容易更安全试验、检修方便19现场安装配制母线、螺栓连接，较烦琐母线预制分段压接，很方便更方便安装极其方便、快捷20保护、控制模式单一断路器柜断路器柜、负荷开关柜两柜并列更安全负荷开关保护所变21频繁操作性能手动操作电动操作更安全只有电动操作微机才能控制到闸操作，保证安全、可靠22经济性不节省可节省电缆、杆塔、占地的造价很明显23容性电流开断能力不理想理想更安全R型球触头利于开断容性电流表3 KGN8-55型开关柜与SF6气体绝缘开关柜(XGN55-55)的性能比较序号技术性能XGN55充气柜KGN8固定柜结论备 注1运行的连续性LCS2ALCS2B更高级GB3906规定：无下隔离开关即出线侧有电时不能更换(进入)断路器（室），则为LCS2A级运行连续性。要在户外单独加装隔离开关才能使用。2泄露的可能性有无更安全接近零表压时，不能保证安全运行3对环境的危害有无更环保环境影响极其严重。4外形尺寸(宽深高)电缆进出线800X1870X24001200X1900X2600增大39%如有架空进出线方案，则不必使用电缆进出线。架空进出线无1200X1900X2600很实用电缆引出到杆塔再架空，增加造价5占地面积电缆进出线800X(1500+1000+1500)1200X(1900+100+1500)增大23%XGN55柜后要有1000mm、柜面对墙间要有1500mm空间。KGN8靠墙安装只需距墙100mm的间隙，柜面对面间只要1500mm。架空进出线800X(1000+1500+1500+3000)1200X(1900+100+1500)减小25%无架空方式，用电缆引出再架空方式比较。按柜后1000mm、柜前1500mm、出线杆塔(包括户外隔离开关)占地宽度3000mm计算。柜子体积的大小对使用者来说没有太大的意义，更重要的是占地面积！6额定电流3150A3150A同样7短路开断电流31.5kA31.5kA同样8关键部位可观察性触头无法观察触头可观察、可监测更安全可以提前预知故障，避免事故的发生9测温装置不便安装不需要更安全在大电流回路，温升事故为主要事故，应有预防措施10更换柜子极其困难方便更方便由于XGN55开关柜母线没有设计成柜外固体绝缘方式，而是设计在柜内的SF6气室内。开关柜一旦发生内部故障，短时间内更换柜子绝无可能GIS(组合电器)是筒式结构，C-GIS(充气柜)都是箱式结构。前者可以承受0.6Mpa的压力，在现场用一台气体回收装置就可以充气、补气。而后者只能承受0.03Mpa以下的压力。所以充气柜在首次充气或检修后充气都要在真空房内进行，这在现场是不可能实现的。使用者承担的风险就非常大了11更换断路器很不方便方便很方便真空断路器虽极少维护，但绝不是免维护，要考虑更换、检修的可能。XGN55开关柜中的隔离开关虽然是插拔式，更换断路器方便些，但无法补充气，也就没有意义了。12电流互感器、电压互感器的更换很难容易更方便电流互感器、电压互感器也是一个需要更换的元件，不能不考虑更换的可能。电压互感器、避雷器设计成“带电插拔”，这在实际中不但不被允许也是不可能的。人与带电体之间的防护等级不得低于IP20，在插拔的时候无法保证这一要求13避雷器的更换很难容易更方便避雷器故障的可能性要大些14操作力手动操作隔离开关困难电动操作为主，还可轻松手动更安全省力不能实现全电动操作也就无法实现变电站无人执守的目标，自动化的程度也就无法提高15电流互感器每相一只，每只最多两绕组每只最多四绕组更实用考虑变压器保护，需四个绕组16一次主接线方案无架空、电缆进出线方案有顶架空、电缆进出线方案更实用接触网为架空方式，KGN8既可节省占地面积，也省却了转接电缆。17受环境影响很小很小基本相同由于安全距离加大，又有足够的爬电距离，足以保障安全性18解锁后的自恢复性解锁难，恢复也难解锁容易，恢复也容易更安全试验、检修方便19现场安装较烦琐很方便更方便安装极其方便、快捷20保护、控制模式单一断路器柜断路器柜、负荷开关柜两柜并列更安全负荷开关保护所变更优越21频繁操作性能手动操作电动操作更安全只有电动操作微机才能控制到闸操作，保证安全、可靠22经济性造价高造价低节省80%以上可节省电缆、杆塔、户外隔离开关、占地面积等容性电流开断能力理想理想相同R型球触头利于开断容性电流表4 KGN8-55型开关柜与户外开关设备的性能比较序号技术性能户外断路器KGN8固定柜结论备 注1占地面积每单元(一台断路器+两台隔离开关+母线+电流互感器)占地12m2左右1200X(1900+100+1500)=4.2m2减小65%2额定电流2500A3150A更安全3短路开断电流31.5kA31.5kA同样4外界环境影响有很少更安全5关键部位可观察性可观察、可测温，但容易受环境影响可观察、可测温，很少受环境影响更安全户外巡视不便6零部件更换可以，但不方便方便更方便安