电气设备长周期运行探索

兴上两已化SPC

上海石化股份公司设备动力部

到上海曰四SPC

1.温度、湿度控制及防尘

2.检修周期

3.设备选型

4.状态检修

5.技术进步

6.系统匹配

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1.温度、湿度控制及防尘

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1.1控制温度的原因

-实际运行经验表明，微机综合保护继电器、微机综保和微机监控

的测控单元不能以供货商的产品使用说明书中给出的耐温上限运

行，在室温高于35C时容易发生误动或拒动；

-母排和分支排是发热元件，柜式配电装置防护等级高，与散热产

生矛盾，又因绝缘间隙小，须开启加热器保持柜内干燥，致使柜

内温度比室温高出不少；

-柜式配电装置动静触头的接触电阻隙操作次数增加而增加，多数

设备持续运行在50%额定容量下就明显发热，性能低劣设备在60%

负荷率下就烧毁触头。

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1.2控制湿度和防尘的原因

-江南沿海地区大气湿度与盐雾双重作用；

-石油化工生产区域的尘埃或腐蚀性气体污染加剧，部分变电所环

境污区已达m级；

-石化配电装置负荷重，采用自然通风乃至机械通风降温，加快绝

缘元件积灰速率；

-石化配电生产装置长周期运行，无法按照电气设备检修规程规定

的周期安排变配电设备检修，绝缘元件积灰严重。

-灰尘遇凝露产生亚硝酸盐，使复合绝缘加速老化。

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1.3变配电所温度、湿度控制标准和防尘措施(之一)

-中华人民共和国行业标准SH3038-2000《石油化工企业g产装置

电力设计技术规范》对温度控制作如下规定：

表5.5.8变电所内各房间的温度条件(℃)

序冬夏季温度夏季排放温度及温差

号房间名称

冬季夏季最高排风温度进风温度差

控制室.

116〜1832

2电容器装置室(40

3电抗器室<55W3O

4变压器室<45415

5I配电装置室||5〜忧35

注：不4日伐木坂邑，即L也衣JL刃开来T4仝币。

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1.3变配电所温度、湿度控制标准和防尘措施(之二)

-微机综合保护装置和微机监控系统的环境要求可参照以下标准:

-GB50174-93《电子计算机机房设计规范》：

温度(℃):A级：夏季23土2冬季20±2B级:全年18〜28

温度变化率：＜5℃/h

相对湿度(％):A级：45-65B级：40~70

-GB/T15153-94《远动设备及系统工作条件》：

空调场所：

温度(℃):+18~+27温度最大变化率：＜5℃/h

相对湿度(％):35-75

加热或冷却的封闭场所：

温度(℃):+15~+30温度最大变化率：＜10℃/h

相对湿度(％):10-75

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1.3变配电所温度、湿度控制标准和防尘措施（之三）

张家港陶氏化学公司（美国DOW公司）温度和湿度控制标准

-环境：660V配电室面向长江，周围没有化工废气的异味。

-配电室：不设窗户，清洁无尘。

-温湿度：常年温度＞28C,相对湿度》70%。

-措施：主要手段是中央空调，辅助手段是柜式空调。

当中央空调检修或故障时，

仍然能够保持室内温度和湿度不超标。

-效果：配电室内的ABB产MNS2.0成套柜，拟定检修周期为5年。

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1.3变配电所温度、湿度控制标准和防尘措施（之四）

上海石化实际运行经验

运行要求

类别

允许短周期检修正常检修周期长周期

控制室和电子室由空调控制

温度（℃）无要求

配间隔室

电

湿度（％）W95〈85〈75

装

置

空温度（℃）W35

柜式

湿度（％）W85W70W60

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1.3变配电所温度、湿度控制标准和防尘措施（之五）

2003年以来上海石化变配电所温度和湿度控制标准

检修周期（年）

类另IJ

123

控制室温度（C）全年18〜28

电子室

湿度（％）40〜70

配温度（C）无要求，但综保或继保装置不宜设在现场

电间隔室

装湿度（％）240W95240W85240W75

置

温度（℃）《

室35

柜式

湿度（%）240W85240W70240W60

电容器室<40

排风温度

电抗器室

（℃）W55

变压器室W45

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1.3变配电所温度、湿度控制标准和防尘措施（之六）

防尘措施：

-配电装置室和电缆夹层在正常运行中应杜绝自然通风和机械通风，机械

通风仅限于事故排风。新建和改建配电装置室不宜设置窗户或通风窗户,

门道应设置过渡短廊，短廊两端设门。

-地沟应无积水，地沟沟底应高于室外地坪。

一开关柜柜底应密封良好。

-变配电所内部应使用湿抹布、湿拖把清扫环境，杜绝在干燥的情况下清

扫。应保持地面、桌面、窗台、柜顶和灯具无积灰。

-电容器室、电抗器室与变压器室采用自然通风或机械通风。如果在生产

装置要求的连续运行周期内，绝缘元件因为积灰严重而不能保证安全运

行，应采取进风过滤措施。

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2.检修周期（之一）

------------------------------------------------1「种类||-----------------------

中压开关柜、主变配变等，按：-----确定检修周期（含小修）

----------------------------状况

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2.检修周期（之二）

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2.检修周期（之三）

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2.检修周期（之四）

开关柜和断路器

基于空气绝缘

4~5年上述设备状况更好

变电所温度、湿度控制及防尘

措施到位、效果良好

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2.检修周期（之五）

5年以上

或者

CGIS参照生产厂

或者技术说明书

GIS或者

参照用户

使用经验

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2.检修周期（之六）

低压配电柜

注：检修周期存在弹性范围，需按不同的设备状况和开关室环境条件而定

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3.设备选型

在开关柜的机械部分

设备选型的

无故障运行时间要点是：

完全满足需要的前提下

3.1按绝缘类别选择中压柜（之一）

不同绝缘类别的开关柜，在不同的使用环境中检修频度不同

使用环境可以通过对开关室采取温度：湿度控制和防尘措施加以改善

所以可以根据生产装置允许的检修周期

按绝缘类别选择能够满足使用要求的设备

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3.1按绝缘类别选择中压柜（之三）

气体绝缘的

检修周期5~15年

CGIS或GIS

注：本款中的检修周期存在较大的弹性，

要确定具体周期可参照第2条“检修周期的确定”。

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3.2按主要特性选择低压柜（按电气性能之一）

国内外主要低压成套设备电气性能对比表

类别SchneiderSIEMENSABBMOELLER国产低压

OkkenSIVACONMNSMODAN成套设备

6000

主电路额定电压UJV690690690690660

主电路额定绝缘电压U/V1000100010001000660

工频耐受电压U/V25002)

128883)

额定冲击耐受电压Uinip/kV

过电压类别IVIIIIIIIII

水平母排63006300550063004000

额定电流/A

垂直母排4000,21001000120016001000

额定短时耐受水平母排50/80/10010080

50/80/10065506550/65

电流Icw/kA垂直母排

额定峰值耐受水平母排110/176/220/330250250204/260176

110/176/220143110143105

电流Ipk/kA垂直母排

内部隔离型式2b/3b/4a/4b1〜4b1〜4b1〜3b

外壳防护等级/IP31,41,5420〜5400-5430〜5420-40

内部电弧防护形式”KX)kA0.3s根据要求，提供1~3级故障电弧保护没执行

注：1）执行标准为IEC61641;

2）IEC60439:1999,工频耐受电压时间由1分钟改为5秒钟；3）部分产品为6kV。

注：3.2节内容主要参照原天津电传所年培新先生撰写的资料

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3.2按主要特性选择低压柜（按电气性能之二）

故障电弧防护

故障电弧防护分为三级

一级成套设备发生内部故障电弧时，不应对设备周围的工作人员

造成伤害，成套设备的损坏是允许的。

二级成套设备发生内部故障电弧时，不应对设备周围的工作人员

造成伤害，电弧故障对成套设备的损害，只限于发生电弧故障

的开关柜内。

三级成套设备发生内部故障电弧时，不应对设备周围的工作人员

造成伤害，经过简单的事故处理，成套设备仍可继续运行。

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3.2按主要性能选择低压柜（按温控形式之一）

合资生产的

世界知名品牌

断路器SIEMENS将断路器下方进出线端子预加热到150c做型式试验

柜体ABB对4000A以上有涡流致热效应的柜体，采用隔磁骨架和隔板

温升对相同的断路器、导线和母排，按设置位置不同，或者接线方式、

极限试验冷却方式、防护等级不同，测定其不同的额定电流

SIEMENS的STVACON8PV成套设备型式试验

试验项目次数试验项目次数

短路耐受强度48保护电路有效性4

电气间隙和爬电距离7机械操作4

防护等级3电弧故障防护8

温升极限86姆，_________________159

其中温升试验温升极限试验是考核成套设备的可靠性和长期工作

次数占一半以上能力的最严格的型式试验项目之一，决不能掉以轻心

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3.2按主要性能选择低压柜（按温控形式之二）

合资生产的

世界知名品牌

定义

额定分散系数技术协议的重要组成部分(GB7251.14.7)

成套设备或成套设备的一个部分（例如一个柜架单元

或框架单元）有若干个主回路，在任何时刻所有主电路通

过的电流最大值的总和与该成套设备或该成套设备的选定

部分的所有主回路电流额定值总和的比值

额定分散系数表

回路数目2和34和56~910及以上

分散系数0.90.80.70.6

1、一台柜中设置的各分支回路越多，这台柜的总输出电流越小

理

解2、各分支回路的额定电流

=该各分支回路的标称电流*该台柜的额定分散系统

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3.2按主要性能选择低压柜（按温控形式之三）

合资生产的

世界知名品牌

各分支回路随着柜内温度升高

降容

允许运行电流=额定电流x降容系数

SIEMENS3WN18断路器降容系数

温度/℃40556070

额定电流/A4000380035503330

选用世界知名品牌的开关柜，只要按照生产厂的技术说明书设计和选型,

一般不会发生严重发热的问题。

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3.2按主要性能选择低压柜（按温控形式之四）

国内中资企业

普通

选用注意要点—

有些生产厂虽然也提供类似有些生产厂提供的各分支回路额定

的额定分散系数表，但是没有电流值和额定分散系数值虽然经过了

进行必要的温升极限试验，据温升极限试验，但是这些数据是在柜

此得到的额定电流值缺乏理论内开关器件的进、出线端子温度已达

和试验依据。极限值105℃的条件下取得的。

由于温升与电流的平方成正比，实

各分支回路能否以铭牌标称际运行电流即使超过额定值的比例不

额定电流运行，难以确认。大，长期处于极限温升下的绝缘材料

也会发生加速老化，在开关室室温较

高的环境中，柜内元器件会发生爆炸。

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3.3按冷却形式选择开关柜

空气总流通量小，柜外空气进入柜内少，绝缘器件上的积灰少,

有利于长周期运行。

空气流通快，主通道不易积灰，但是涡流和死角部位积灰足以形

成沿面放电通道，不利于长周期运行。

成套设备本身需要强制风冷，用户有意识地选择大容量设备用于

降容冷却小容量配电，由于发热量小，自然循环可以达到冷却要求，积灰

少，同样可以达到长周期运行目的。

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3.3按冷却形式选择开关柜

附录：积灰对固体绝缘的损伤机理

放电

N2+O2"上》2N0

2N0+02f2N0.

3NO2+Hp->2HNO、+NO个

HNO.+NaOHfNaNO.+H2OHNO3+NaClfNciNO、+HCl

ZNaNO32NaNO2+O2T

Pb(+)NaNO.TNaNO?

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3.4定品牌

品牌就是质量

设备动力部门对采购质量的控制，首先是定品牌，其次才是技术协议

按供电对象对运行周期的要求选品牌，按该品牌的技术特性定技术协议

着重注意以下方面：

基于大电气间隙高冲击电压

空气绝望|高绝缘j压，

开关柜发热量温升极限试验额定分散系数等

冷却形式自然冷却降容冷却

触头一、二次触头压力适中、误差小、恒定

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4.状态检修

智能配电柜和自动检测过热点

智能监控系统预警维护需求和紧急状况

变压器绝缘在线油质色谱和

在线监测介质损耗检测

抓住生产装置长周期运行的变配电所应制订专用的清扫预案,

临时停车的机会包括重点清扫部位、清扫程度、试验验收，落实人

清扫积灰员配备，必要时可以动用社会队伍。当生产部门临

时决定装置短时停车消缺时，争取其中一天、半天

的停电机会，实施清扫。

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4.状态检修

交联电缆研发内容

绝缘在线监测

技术开发1.绝缘检测参量及判别标准研究

2.高频宽带局部放电在线检测系统硬件开发

3.介质损耗与电容值在线检测系统硬件开发

4.整体泄漏电流在线检测硬件开发

5.现场干扰、现场局部放电等参数的测量与研究

6.多参数绝缘综合检测硬件系统集成

7.多参量绝缘综合检测系统控制软件开发

8.现场抗干扰及信号预处理软件开发

9.多参量绝缘综合检测分析与诊断软件开发

技术创新10.现场安装调试、验收、维护

1.研制高精密微电流传感器，对电流的分辨率能达到IpA。

2.采用高阶硬件滤波与先进软件算法相结合，有效滤除电磁干扰信号。

3.采用分时段校正的思想，根据负荷情况分时段校正电压互感器的电压相位，使其

更接近电缆电压相位°

4.深入研究了XLPE绝缘试样的放电特性，明确了XLPE电缆主绝缘放电特征频段。

5.研制高频宽带局部放电传感器。

6.操作平台集成了介损在线监测与局放在线监测功能，实现了多参量的综合监测与

综合诊断。

"上版曰化SPC

6.系统匹配

6.1提高配电电压

见《提高石化企业的配电电压》

6.系统匹配

6.2配套采用线路变压器组接线

35kV线路变压器纵殿

设备动力部

2004年6月

兴上两已化SPC

6.2配套采用线路变压器组接线

(.母线

6.2.1传统接线方式1U35kV

一一内桥接线U.

.X

」YX,

YY电厂侧

上海石化—--

1--

向生产装置35kV电缆线路

X—L

供电的A

35kV—

L.「

AH1变电所侧

变电所均采T

gK

诵1

用内桥接线,=35k用己电装置

典型接线方g

B变压器

式见图1。笳

d

d

6k通己电装置

Y一

、D

图1内桥典型接线

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6.2.1内桥接线一一适用条件

兴上两已化SPC

6.2.1内桥接线一一主要功能

内桥接线是由

线路变压器组接

当线路XL发生故障

线发展而来，主

时，进线开关DLg自动要功能有：

跳闸或手动分闸，桥开

关DLq自动合闸或手动

合闸，与故障线路同一当主变ZB发生故障时，进线开关

侧的主变ZB仍然能够DLg和主变开关DLd自动跳闸或手动分

通过“一线带二变”闸，拉开主变两侧闸刀GKg和DLd,合

方式运行。上桥开关DLq,合上进线开关DLg,与

故障主变ZB同一侧的线路XL仍然能够

通过“二线带一变”方式运行。

兴上两已化SPC

6.2.1内桥接线一一主要功能的实际应用（1）

兴上两已化SPC

6.2.1内桥接线一一主要功能的实际应用（2）

在上海石化，“一线带二变”仍有需求，有时还安排“斜

脖供电”的运行方式。

但是这种机会很少，2003年石化电网中共有24座35kV变电所、

33台桥开关，“一线带二变”方式只安排了12次（见表1）,

“斜跨供电”方式没有安排。

安排“一线带二变”方式的原因是

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表i2003年度石化电网35kV并解记录

日期变电站并解操作始操作止

2月11日永久35KV一/二分段石永8755:045:35

2月11日永久石永87535KV一/二分段13:0713:27

2d13H永久35KV一/二分段石永8945:175:35

2月13日永久■石永89435KV•/二分段13:2513:55

2月14日乙二醇35KV二/三分段石醇8939:5010:25

2月14日乙二醇石醇89335KV二/三分段15:0815:35

3月10H金菲35KV一/二分段煤菲35920:0520:15

3月3日聚烯嫌35KVT二分段煤烽35715:2516:00

3月15日聚烯燃煤―35735KV一/二分段7:528:40

3月15日金菲煤菲359135KV一/二分段12:3613:00

3JJ17H聚烯燃35KV一/二分段煤烧33220:0020:21

3月20日金菲煤菲34435KV一/二分段6:066:36

3月20日聚烯燃煤烧33235KV•/二分段6:288:30

5月13日聚烯妙35KV一/二分段煤―3576:056:23

5月14日聚烯燃煤煌35735KV-7二分段9:129:56

5月15日聚烯烧35KV-/二分段煤屋3326:023:30

5月17日聚烯妙煤烧33235KV一/二分段0:308:15

6月25日塑料n35KV一/二分段煤塑35221:0521:36

8月4H污水35KV一/一分段金乍6253:153:40

8月4日污水金乍62535KV一/二分段6:036:40

9月28日芳联35KV二/三分段金芳60117:1318:05

兴上两已化SPC

6.2.1内桥接线一一主要功能的实际应用（3）

进一步分析

兴上两已化SPC

6.2.2内桥接线面临的新问题

由于“一线带二变”并不能改变变电所单电源运行的实质

10(6)kV侧的两段母线完全可以通过合上分段开关DLf的方式并

列运行，达到内桥接线中合上桥开关DLq同样的供电条件。

随着电气设备升级换代

近十多年来供电行业已经基本摒弃内桥接线，回过头来采用线

路变压器组接线。

Y-B和SECCO公司也部分采用了线路变压器组接线

线路变压器组接线见图2

,上版已化SPC

6

—\35kV母绒

2l

n

r

\

l

曝v

——f电厂侧

路

变

压

器35kV电缆线路

组

接

线

变电所侧

变压器

61＜遍己电装置

D

图2线路变压器组典型接线

兴上两已化SPC

6.2.3线路变压器组接线一一适用条件

兴上两已化SPC

6.2.3线路变压器组接线一一对主变低压侧设备的要求

兴上两已化SPC

6.2.3线路变压器组接线一一外围条件

采用线路变压

器组接线的外围

条件已经具备

向生产装置供

电的主变负荷率

低于限制值

兴上两已化SPC

6.2.3线路变压器组接线一一好处（1）

大幅度延长检修周期、减少检修工作量，将使整个35kV变电所

的设备档次和可靠性发生质的飞跃，有望实现长周期运行的目标；

兴上两已化SPC

线路两端SEL-587变压器电厂侧351

光纤的MB字位可传送瓦斯保

用2台SEL一变压器差侧351过设一段0.3秒

7〜8个信息，因此变电护通过

流作变限时速断，

351及光纤动保护跳低站侧哪•个保护动作跳351跳低

压器后保护到变压

组成电流闭压侧开关及电源侧开关，可由电厂压开关

备保护，器内，作光

锁式线路纵出口信号送侧351的LCD的DP显示及光纤

通过光纤故隙时的

联保护，跳至经光区分出来。如果开出接送电厂

351纤用MB近后备及一

点够用，也可分别用不

电厂侧开关纤用MB字字位，段时限阶段侧跳电

同开出跳闸和用信号继

和变压器低位，跳电厂跳电厂的远后备过厂侧开

电器显示。

压侧开关。侧开关。侧开关。流保护。关。

兴上两已化SPC

6.2.3线路变压器组接线一一好处（2）

兴上两已化SPC

6.2.3线路变压器组接线一一好处(3)

可扩充：主变

采用线路变压器扩容或者新增

组接线的好处可•电源，都无须

归纳为考虑35kV配电

装置，容易实

施，节省投资。

灵活：利用最少的切

安全：设备经济：换，适应不同的运行

安全和人身可靠：满足不中断需针对

正全看保峰。方式。其中最关键的要求

供电的要求；满足个案具是检修时操作简单，不致

电能质量要求。体测算。中断供电。

两个及以上电源互为备用：进线来自两

一次接线力求简捷：电器是电力

个及以上不同独立电源，10(6)kV侧设

系统中最薄弱的元件，在满足两

有备自投装置，使用世界一流的一次、

个及以上电源互为备用的前提下,

二次设备，能够满足任何类型用户的要

电器数量越少，供电可靠性越高。

求C

兴上两已化SPC

6.2.3线路变压器组接线一一好处

兴上两已化SPC

6.2.3线路变压器组接线一一投资平衡（以3主变IV分段29回馈线测算）

内桥接线线路变压器组接线

6kV侧采用复合绝缘柜需要42台，6kV侧采用CGIS需要38台，

SIEMENS或ABB柜：SIEMENS

12万元/台'42台=504万元6kVNXPLUSC

31.5kA

进线和母联柜共9台：2300A

35kV侧采用ABBCGIS柜10台:馈线柜：

40万元/台x10台=400万元

4x2000A+25x1000A

由于是议标，价格没压下来：

35kV开关室土建投资若干Z975万元

投资大致相当，性能全面提升，检修周期成倍延长

兴上两已化SPC

6.2.3线路变压器组接线一一可扩充、高负荷、强适应

可扩充：身负荷：强适应：

比内桥接线便于扩充。图4主变极限通常我们要求：两

提供了一种成熟的、高可靠性、负荷率提高套及以上大型重要生产

大容量变电所的接线形式。到75%。装置，如果不安排同时

检修，则不应由同一座

变电所供电。

10(6)kV配电装置改

用GIS后，停电检修周

期可望延长到10年，检

修耗时很短，10年中生

产装置如果有机会同时

停车,则一座35kV变电

所可望为多套不同时检

图4线路变压镌组犷充接线

修的化工生产装置供电。

兴上两已化SPC

6.2.3线路变压器组接线一一短处

兴上两已化SPC

6.2.3线路变压器组接线一一需要采取的技术措施

采用线路变压器

明显断开

组接线需要采取点：进线

的技术措施

终端头连

接短排上

设置挂接

地线位置,

变

主

套

大

爬

距该短排接

可靠的全焊接不可

高

管

套

和

升

管续一段可

GIS和继吊芯主变：

主

座

支

瓷

.持拆卸短排,

电保护装采购有把握•

进

变

线

瓶

采检修时经

置：采用生产全焊接•.

套

设

用

大

管

小验电、挂

国际知名不可吊芯变

置

高

相