小型化中低压开关设备在水电站建设中的应用探讨

2014-08-29何岦

四川水力发电 2014年2期

关键词：开关站开关设备中压

何岦

(华能泸定水电工程筹建处，四川成都 610041)

1 40.5 kV箱式开关站之对比

箱式开关站的主要优点是结构紧凑，在工厂内即可以完成全部设备的生产制造和安装调试工作，现场施工只需要做好安装基础及电缆沟。但是如果其体积过大，设备过重，就会给运输和安装造成困难而失去其原有的优势。

图1为40.5 kV箱式开关站平面布置图。

图1 40.5 kV箱式开关站平面布置图

如图1所示，该40.5 kV开关站选用的是典型的KYN61-40.5铠装移开式交流金属封闭开关设备。该设备原型为ABB公司的ZS3.2，由西安高压电气研究院有限责任公司(简称西安院)牵头，联合国内数家大型开关设备生产企业共同仿制，具有较高的技术水平。但是，真空断路器和柜体的整体技术水平与其原型相比依然有较大的差距。以断路器为例，ABB的VD4重量仅有280 kg，配置专用引轨后，仅需要一名普通操作员即可以轻松推进和拉出；而国产的ZN85和其他公司生产的同型号断路器的重量都远远高于该参数，有的重量超过400 kg，加上设计的不合理，既使两名很强壮的操作员推进和拉出也很困难。这一系列的柜型比原有的老式设备有了很大的进步，但由于采用的是空气绝缘加固体复合绝缘，体积都较大；就算选用ABB的产品，也需要一个庞大的箱体才能安装(图2、3)。

图2 ABB公司生产的ZS3.2型开关设备图

图3 ABB公司生产的ZS3.2型开关设备内部结构图

图1中的开关设备尺寸为(宽)1 400 mm×(长)2 800 mm×(高)2 800 mm，加上散热和故障压力释放空间，开关站内部的高度需要4 000 mm，其体积为12 m×5.6 m×4 m=268.8 m3。这样大的尺寸不能整体运输，需要将箱体分成4块，并且开关设备也不能预先安装，需要分开运输，由5～6辆货车运至现场再重新组装，还需要同样大小的安装基础。而在山区施工的水电站场地都很有限，故该设备的选型在各个方面都显得不合理，从而失去了箱式开关站可以在工厂内预装的意义。

如图4所示，该40.5 kV开关站所选用的是

中压箱式气体绝缘金属封闭开关设备(简称C-GIS)。第一代配真空断路器的C-GIS由西门子于1982年推出，到目前为止各大公司已有多个系列的同类产品相继进入市场，在多年的运行中显示出其优异的可靠性和经济性。随着技术的不断进步，现在的C-GIS已经完全实现了全智能和全免维护。在可靠性和安全性方面，很多厂家的中压C-GIS已经在线运行很多年，基本上没有发生过由于绝缘问题和载流回路过载诱发的故障。而其它类型的中压开关设备却事故频发，这些事故的起因一是由于受环境影响而造成绝缘性能下降引起事故，比如绝缘件表面受潮吸水、绝缘件表面氧化等；二是由于载流回路在发热时又长期暴露在空气中，其搭接处老化加剧、发热，诱发事故；三是产品设计和质量控制不过关，产品在使用过程中出现了多种影响运行的故障；四是产品维护保养不当或没有按时维护保养而出现故障。中压C-GIS开关设备的出现，就是为了避免和减少这些故障的发生。可以说，C-GIS是非常具有革新意义的产品。

图5为西门子公司生产的8DA10型C-GIS开关设备。

图4中的开关设备尺寸为(宽)600 mm×(长)1 600 mm×高2 350 mm，加上散热和故障压力释放空间，开关站内部的高度需要3 500 mm，其体积为6.3 m×3 m×3.5 m=66 m3，仅有原设计方案的25%。这样的尺寸，既可由一辆货车运输，还可以在工厂内完成所有设备的生产、安装、调试。另外，安装基础的占地面积为19 m2，相比原来的67.2 m2，占地面积不到原来的30%。

图5 西门子公司生产的8DA10型C-GIS开关设备图

2 12 kV箱式开关站对比

图6为12 kV箱式开关站平面布置图。

图6 12 kV箱式开关站平面布置图

如图6所示，该12 kV开关站选用的是典型的KYN28-12铠装移开式交流金属封闭开关设备。该设备原型为ABB公司生产的ZS1，由西高院牵头，联合国内数家大型开关设备生产企业共同仿制，同样具有较高的技术水平。该设备采用了许多新的设计和制造工艺，可靠性和外观质量等比原有的老式设备有了很大进步，逐渐成为12 kV级一次配电柜的主流产品。但是，经过20年左右的生产和运行，暴露出许多无法克服的问题，频繁出现各种故障和事故，给系统供电和用户单位造成了不同程度的损失。这些事故中，很大一部分和40.5 kV级产品发生的事故原因类似，且以载流回路事故和产品机械故障最为突出。这些问题的出现已经很多年了，有分析认为依然是因设计的先天不足造成的。所以，很早以前，国外大公司就把C-GIS的概念引入到12 kV级产品中，以克服缺陷。

图6中的开关设备尺寸为(宽)800 mm×(长)1 700 mm×(高)2 400 mm，加上散热和故障压力释放空间，开关站内部的高度需要3 500 mm。其体积为8.5 m×4 m×3.5 m=119 m3。这样大的尺寸需要将箱体分成2块，并且开关设备也不能预先安装，需要由3～4辆货车分开运输运至现场再重新组装。

图7为新型C-GIS开关设备的12 kV箱式开关站平面布置图。

图7 新型C-GIS开关设备的12 kV箱式开关站平面布置图

如图7所示，该12 kV开关站选用的是由ABB公司生产的ZX0型中压C-GIS。尺寸为(宽)400 mm×(长)1 000 mm×(高)2 200 mm，加上散热和故障压力释放空间，开关站内部的高度需要3 300 mm。其体积为4.9 m×2.4 m×3.3 m=38.8 m3，仅为原设计方案的33%，既可由一辆货车运输，还可以在工厂内完成所有设备的生产、安装、调试。安装基础的占地面积为11.76 m2，相比原来34 m2，占地面积不到35%。

图8为ABB公司生产的ZX0结构示意图。

3 经济性比较

中压C-GIS开关设备的采购价格略高于空气加固体绝缘的设备。但是，以文中列举的开关为例，C-GIS高出来的价格足以抵消大体积空气绝缘开关设备在生产、运输、现场安装调试、配套基础设施建设、征地等方面多出来的成本。还有一点需要指出，C-GIS为智能型免维护产品，现场不需要配套检修和维护人员。随着国内制造技术的进步，C-GIS总体价格还在逐渐下降，从而为其大量使用提供了条件。另外，C-GIS的使用周期可以长达30 a，且不受环境污染、潮湿、海拔高度的影响。而大中型电站的建设周期通常为5～10 a，在工程建设结束后，这样的箱式开关站还可以直接吊装运往下一个工地，并且可以一直这样循环利用，从而可减少大笔重复性投资；而安装大体积空气绝缘开关设备的箱式开关站则很难再被利用，重新全部拆开就是一个很大的问题，现场重新组装也将更加繁杂且可靠性大打折扣。