HGIS推動組合電器技術邁上新臺階

1、HGIS推動組合電器技術邁上新臺階刖日高壓開關設備一般為空氣絕緣開關設備（AIS）、氣體絕緣金屆封閉開關設備（GIS）。20世紀90年代后期，世界上出現(xiàn)了一種緊湊型組合式高壓開關設備。這種設備綜合了敞開式和封閉式開關設備的優(yōu)勢。它將高壓元件高度集成，使高壓開關設備更加緊湊。目前多數(shù)人稱其為HGIS,即“半GIS（HalfGIS）”，這與敞開式開關設備相比，把斷路器、隔離/接地開關、CT、PT、避富器等集成為一個模塊，大大節(jié)省了占地面積，提高了設備可靠性；與GIS設備相比，省略了封閉式母線，大大節(jié)省了費用。歐洲當時正處于20世紀50年代和60年代老變電站改造期間，用此設備可節(jié)省費用和減少占地面積

2、。因此，歐洲幾大公司竟相開發(fā)此種產(chǎn)品。包括ABB的PASS型、三菱的MITS型、西門子的HIS型、Alstom的GIM型等。隨著HGIS設備使用的升溫，我國高壓開關制造廠家也應更多關注這種設備，以滿足電力部門要求縮小占地面積乂節(jié)省投資的要求。近年，在某些地方受限制不能選用AIS、投資乂較緊張不能選用GIS的電站，推廣使用HGIS更適合中國國情，能給使用維護帶來更多的方便和實惠。HGIS推動組合電器的技術進步邁上新臺階。1解決了隔離/接地開關的運行可靠性難題在高壓輸變電設備中，戶外高壓隔離開關是受環(huán)境和氣候影響最大的電器設備之一，其運行條件比較惡劣，毫無遮擋地矗立在變電站之中，常年累月受到各種環(huán)

3、境和氣候條件的作用，如：風吹、雨淋、日曬和冰雪、霜露、濕熱的影響，加上沙塵、鹽霧、污穢和鳥蟲等的侵害，容易產(chǎn)生機械或電氣方面的故障。隨著設備的老化和用電負荷的增加，隔離開關由于年久失修和某些缺陷而引起的停電事故不斷發(fā)生，而且呈上升趨勢，威脅著電力系統(tǒng)的運行安全。因此，我國電力系統(tǒng)中隔離開關運行可靠性問題，越來越引起電力運行部門和設備制造廠家的關注。近年來，根據(jù)我國電力系統(tǒng)實際運行統(tǒng)計和調(diào)查分析，戶外高壓隔離開關經(jīng)常出現(xiàn)的四大問題是瓷瓶斷裂、操作失靈、導電回路過熱、銹蝕。隔離開關導電回路的過熱現(xiàn)象主要出現(xiàn)在動靜觸頭的接觸部位，其直接原因是暴露在大氣中的觸頭受到沙塵、雨雪、潮氣、鹽霧及腐蝕性氣體的

4、侵蝕，致使接觸表面積灰、積垢、銹蝕、生成化合物薄膜，導致接觸表面電阻增大，溫升過高。根據(jù)運行經(jīng)驗，戶外隔離開關的工作電流如果達到其額定電流的70%,一股會發(fā)生過熱。當然,針對這些問題，設計時都是經(jīng)過考慮的，如讓觸頭具有一定自活掃能力以及接觸表面鍍銀或錫。但是，在實際帶電運行中還是經(jīng)受不住考驗。HGIS采用新型全六氟化硫密封三工位隔離/接地開關，并且使用新型觸指，使隔離開關（DS）與接地開關（ES）結構合二為一，動觸頭公用，變直動操作為轉(zhuǎn)動，且公用一個操動機構。這種新型全密封組合隔離開關的特點是：（1）完全解決了戶外高壓隔離開關經(jīng)常出現(xiàn)的四大問題既：瓷瓶斷裂、操作失靈、導電回路過熱、銹蝕。（2）

5、DS-ES合一，整體結構簡化，尺寸顯著變?。籇S與ES結合的三工位結構，不存在常規(guī)DS和ES問各種可能的誤操作，因此可省略DS和ES的電氣操作聯(lián)鎖，產(chǎn)品運行可靠性因此而顯著提高。（3）將DS-ES與母線合一，布置更緊湊，尺寸大大縮小。2 HGIS使用聚芳酰胺玻璃布管代替復合化盤式絕緣子，使得整體絕緣水平大大提高由于復合化絕緣子受殘余電荷的影響較嚴重，當絕緣子上有電荷積累，電場分布發(fā)生畸變，絕緣子的絕緣性能受到影響。絕緣子上所帶電荷密度大時，絕緣下降，研究表明最大可下降40%。為提高絕緣強度，設計上通?？紤]使絕緣子附近的電極表面盡可能做到光滑平順，避免電場集中，減少自由帶電離子形成的可能性。HG

6、IS設計上充分利用了聚芳酰胺玻璃布管機械和絕緣強度都很高的優(yōu)點，很好地解決了動熱穩(wěn)定和絕緣方面的問題。采用聚芳酰胺玻璃布管材料做絕緣操作桿，使P.GCB絕緣操作桿的重量大幅度下降、機械強度顯著提高，其電氣和機械性能優(yōu)于真空浸漬環(huán)氧玻璃布管。3 HGIS具有良好的密封性能和控制SF6氣體中水份含量的措施HGIS的密封面采用世界先進的金屆加工工藝，金屆表面即可達到一定的氣密程度，加上優(yōu)質(zhì)橡膠密封圈，使得HGIS整體密封性能高于國家標準的要求，達到年漏氣率0.5%的水平。這也是HGIS能夠20年基本免維護的可靠保障之一。高壓開關設備內(nèi)SF6氣體中的水份含量如果超過一定數(shù)值將會對設備產(chǎn)生危害。一是外界

7、環(huán)境溫度急劇變化時，將在絕緣件表面形成凝露，導致絕緣沿面擊穿放電。二是水份將與SF6的電弧分解物化合產(chǎn)生低氟酸等腐蝕性物質(zhì)，嚴重腐蝕金屆和絕緣材料。HGIS采取了多方面的措施來控制設備內(nèi)SF6氣體的水份含量。第一，所有零部件裝配前進行十燥活潔處理，使材料本身含水量減少到最低程度，并且裝配環(huán)境符合相關要求；第二，開關內(nèi)部放置吸附劑（吸附材料主要有活性氧化鋁和合成沸石），吸附氣體中的水份和SF6分解物；第三,對成品進行充氮氣一抽真空處理；第四，整體模塊出廠現(xiàn)場安裝，避免了戶外解體受大氣的影響；第五，良好的氣密性能，阻止了外部大氣中的水份通道。4 高度凈化廠房和嚴格的管理有效預防內(nèi)部異物HGIS采用

8、SF6氣體作為絕緣介質(zhì)，大幅度地縮小了絕緣距離，實現(xiàn)了開關設備的小型化。但是SF6氣體中的電場強度對電極的表面形狀極其敏感，材料表面以及氣體中懸:浮的微小顆粒，都將在一定的電壓下導致電場擊穿放電。非潔凈的普通廠房難以避免塵埃等微小顆粒進入設備內(nèi)部，疏于管理的生產(chǎn)過程有可能由于工人的粗心大意致使異物遺留在殼體內(nèi)。HGIS的模塊在高度凈化的廠房內(nèi)進行裝配，整個生產(chǎn)過程嚴格執(zhí)行工藝流程和工序檢查制度。先進的廠房設施和技術裝備，嚴格的管理制度，有效地防止了由于環(huán)境條件或人為事故造成設備內(nèi)部進入異物。5 選用HGIS的技術經(jīng)濟分析HGIS具有高的技術經(jīng)濟指標，在使用性能方面具有與GIS相近的可靠性和維護

9、的簡便性；在經(jīng)濟上可使用戶受益。以550kV3/2CB接線一申HGIS、GIS、AIS相比，它的產(chǎn)品價格比GIS省53%,為AIS的1.5倍。計入地皮費、土方開挖費后，開關站總投資估計比用GIS省45%-50%，比用AIS貴約30%左右，見表一。表一、AIS、GIS、HGIS技術經(jīng)濟分析AISGISHGIS開關站占地面積A1B1=0.15A1C1=0.46A1開關設備投資A2B2=3.2A2C2=1.5A2C2=0.47B2計入地價后開關站投資估計A3B3=2.8A3C3=1.30A3C3=0.5-0.55B3對環(huán)境污穢的適應性差好好運行可靠性較低局最局A1、B1、C1的原始數(shù)據(jù)：A1=160

10、mx17.15m=2744m2,BI=25mx15.6m=390m2,CI=73.4mx17.15m=1260m2對于252kV的電站，HGIS與同功能的AIS電器相比，能節(jié)省地皮55%以上，產(chǎn)品價格約為AIS的1.2倍左右。因此，HGIS在252kV電網(wǎng)的使用前景是樂觀的。結論：與常規(guī)高壓設備相比，緊湊型組合式高壓開關設備帶來一系列優(yōu)勢：(1) 新型全密封組合隔離開關完全解決了戶外高壓隔離開關經(jīng)常出現(xiàn)的四大問題既：瓷瓶斷裂、操作失靈、導電回路過熱、銹蝕。由于各電氣元件組合，相輔相成，大大減少了對地絕緣套管和支柱數(shù)，為常規(guī)設備的30%-50%,這就大大減少了絕緣支柱因污染造成對地閃路的概率，有助于提高運行的可靠性。(2) 由于各電氣元件組合，明顯縮短了個設備問連接線距離，節(jié)省了各設備的布置尺寸，這些大大縮小了高壓設備縱向尺寸，大大減少了占地面積，相比常規(guī)設備方案，節(jié)省占地面積40%-60%。由于采用在制造廠預制式整體組裝調(diào)試、模塊化整體運輸和