關于高性價比組合式電器設備開發(fā)策略探討

肖 軍

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局,528000）

關于高性價比組合式電器設備開發(fā)策略探討

肖 軍

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局,528000）

高性價比組合式電器設備制造技術在不斷進步和發(fā)展，40多年來，各高性價比組合式電器設備生產(chǎn)廠家圍繞著提高經(jīng)濟性和可靠性這兩個主要目標，在元件結構、組合形式、制造工藝以及使用和維護方面進行了大量研究、開發(fā)。隨著大容量單壓式SF6斷路器的研制成功和氧化鋅避雷器的應用，高性價比組合式電器設備的技術性能與參數(shù)已超過常規(guī)開關設備，并且使結構大大簡化，可靠性大大提高，為高性價比組合式電器設備進一步小型化創(chuàng)造了十分有利的條件。

高性價比；組合式；電器設備；開發(fā)策略

高性價比組合式電器設備（gas insulated substation）是氣體絕緣全封閉組合電器的英文簡稱。高性價比組合式電器設備由斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成，這些設備或部件全部封閉在金屬接地的外殼中，在其內(nèi)部充有一定壓力的SF6絕緣氣體，故也稱SF6全封閉組合電器。高性價比組合式電器設備設備自20世紀60年代實用化以來，已廣泛運行于世界各地。高性價比組合式電器設備不僅在高壓、超高壓領域被廣泛應用，而且在特高壓領域也被使用。與常規(guī)敞開式變電站相比，高性價比組合式電器設備的優(yōu)點在于結構緊湊、占地面積小、可靠性高、配置靈活、安裝方便、安全性強、環(huán)境適應能力強，維護工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。

1 高性價比組合式電器設備概述

組合式電器設備的定義是：全部或者部分采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作為絕緣介質的金屬封閉開關設備。它由斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成，這些設備或部件全部封閉在金屬接地的外殼中，在其內(nèi)部充有絕緣性能和滅弧性能優(yōu)異的SF6（六氟化硫）氣體作為絕緣和滅弧介質，故也稱SF6全封閉組合電器。GIS設備自20世紀60年代實用化以來，已廣泛運行于世界各地。GIS不僅在高壓、超高壓領域被廣泛應用，而且在特高壓領域也被使用。與常規(guī)敞開式變電站相比，GIS的優(yōu)點在于結構緊湊、占地面積小、可靠性高、配置靈活、安裝方便、安全性強、環(huán)境適應能力強，維護工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。

2 高性價比組合式電器設備的安裝

為了保證高性價比組合式電器設備安裝的順利進行，在施工設計階段，設計人員需要認真考慮以下兩個方面的問題，否則會給高性價比組合式電器設備的安裝帶來許多困難。

首先是高性價比組合式電器設備的起吊方式。目前戶內(nèi)高性價比組合式電器設備的安裝及起吊的荷載條件大多采用電動單梁橋式起重機。起重機起吊速度有兩檔，低速檔主要用于設備就位時的調(diào)整。兩檔協(xié)調(diào)應用。如公伯峽 330kV高性價比組合式電器設備工程、棉花灘220kV高性價比組合式電器設備工程及一些電壓等級更高的電站均采用這種起吊方式，實踐證明是行之有效的。

其次是高性價比組合式電器設備設備基礎的預埋方式。通常高性價比組合式電器設備的載荷條件、留孔及預埋要求均由制造商提供，但基礎的預埋方式是由設計方根據(jù)制造商提供的基本資料來確定的。目前較常用的基礎預埋件有槽鋼和螺栓兩類。其中預埋螺栓的施工較簡單，但調(diào)節(jié)性差，若螺栓遇到樓板鋼筋，則需要調(diào)整螺栓位置，并在需要與之連接固定的設備支架上重新開孔，然后對開孔進行防銹處理。而預埋槽鋼則不存在上述問題，因此應用較多。

上述兩方面應在設計中注意。在高性價比組合式電器設備安裝期間，往往需要設計方代表在現(xiàn)場，此時設計人員應該了解高性價比組合式電器設備安裝過程中的三大要素：即清潔度、密封性和真空度。因為高性價比組合式電器設備的結構特點決定了安裝過程本身就是控制高性價比組合式電器設備運行后質量的最后一個關鍵階段。

大量的安裝實踐證明，保證清潔度是高性價比組合式電器設備總裝和現(xiàn)場安裝中最首要的任務。國內(nèi)高性價比組合式電器設備安裝現(xiàn)場的場地情況通常較差，為了防止起灰塵，安裝前第一次清潔時應在場地灑水并用水揩凈，在空氣靜止48h后才開始安裝。作為電極的鋁管在加工過程中難免會存在著表面毛刺和鋁屑，這些微粒都是耐壓實驗中放電的來源，因此要特別注意保證鋁導體的清潔。這就要求一方面強化對導體加工過程的清潔檢查，防止出現(xiàn)死區(qū)；另一方面在總裝前制造商應增加導體振動清潔的新手段，盡量把空心體內(nèi)部死角的殘留物清理出來，或者對安裝前的導體做類似局部放電試驗以檢查出殘留的鋁屑和金屬絲。某些國產(chǎn)高性價比組合式電器設備產(chǎn)品由于管理不嚴，出廠時高性價比組合式電器設備內(nèi)還殘留有雜物，加之許多安裝現(xiàn)場管理不嚴，灰塵漫天，更增加了確保清潔度的難度，所以必須嚴格要求，精心施工。萬家寨高性價比組合式電器設備就是因為高性價比組合式電器設備內(nèi)雜物引起試驗時三次放電，不得不又拆開進行局部清理，既增加了工作量，又影響了工期，這個教訓值得引以為戒。

除上述兩個關鍵因素外，真空度的要求是總裝和安裝過程中的第三個控制因素，是控制SF 6含水量的重要保證措施，它不僅能減少SF6氣體本身的水分，也可減少罐內(nèi)其它物體( 絕緣體、密封體)內(nèi)所含的水分，一般要求在充入SF6氣體之前真空度要達到133Pa，再繼續(xù)抽真空30min。水分對高性價比組合式電器設備運行的影響關鍵在于：如果沒有將SF6氣體控制在0℃以下，則在溫度變化時絕緣體表面會形成凝露，所附著的水珠和SF6電弧產(chǎn)物發(fā)生反應生成HF等低氟化物，從而導致沿面的絕緣材料和金屬表面劣化。如果將SF6露點的允許值控制在較低值，則在溫度變化時絕緣體表面凝結的不是水珠而是冰晶，它對絕緣性能幾乎沒有影響。因此，在IEC及國際上均有規(guī)定：充入高性價比組合式電器設備的新氣體在額定密度下其露點不應超過－5℃。

3 高性價比組合式電器設備的試驗

根據(jù)有關資料統(tǒng)計，SF6設備的絕緣事故有2/3都發(fā)生在未進行現(xiàn)場耐壓試驗的設備上。加拿大安大略水電局的運行經(jīng)驗表明，高性價比組合式電器設備的事故不僅多發(fā)生在未做現(xiàn)場絕緣試驗的設備上，而且多發(fā)生在安裝后投入運行的最初4個月內(nèi)，這類事故約占總事故的67%。第一年事故率為0.53次/年·間隔，之后為0.06次/年·間隔。北美地區(qū)的調(diào)查報告認為，高性價比組合式電器設備運行后頭一年事故率為4次/所·年，一年以后為0.1次/所·年。因此，高性價比組合式電器設備經(jīng)工廠裝配、運輸和現(xiàn)場安裝之后，在投運前進行絕緣試驗是十分必要的。

4 高性價比組合式電器設備的外殼接地問題

一點接地方式與多點接地方式是組合式電器設備的兩種外殼接地方式，其中一點接地方式指的是在組合式電器設備外殼的每個分段中一端絕緣，而另一端則用一點接地的方式。從結構層面看，串聯(lián)的殼體之間通常置于法蘭盤處絕緣，而對地之間則在殼體支座處緣絕緣。一點接地方式的優(yōu)點在于：1）由于長時間沒有外殼電流通過，故而外殼的溫升較低，損耗較小；2）由于缺少電流流入基礎部位，故而土建鋼筋內(nèi)沒有溫升。另外，一點接地方式也存在一系列缺點，主要體現(xiàn)為可靠性能較差，其原因在于組合式電器設備事故時不接地端外殼感應電壓較高，外界的磁場較強，當導體中流過的電流較大時，易造成外殼鋼筋發(fā)熱。因為一點接地方式的缺點較明顯，所以在設計組合式電器設備時通常不會采用該方式。

5 高性價比組合式電器設備設計中有待完善的工作

近年來，我國在組合式電器設備工程設計方面突飛猛進發(fā)展，然而受多方面原因的影響，要求設計人員在設備接口標準設計方面仍需努力研究。設備接口標準既是制造商的制造依據(jù)，又是整個設計過程的依據(jù)，為此落實好該方面工作至關重要。

筆者認為，開展設備接口標準設計研究關鍵著力于兩大方面，即解決伸縮節(jié)的設置問題與明確組合式電器設備接地線的材料和尺寸。對于前者，要求明確選用進口組合式電器設備時對伸縮節(jié)的技術要求。伸縮節(jié)的功能在于吸收組合式電器設備母線熱脹冷縮、設備間的安裝調(diào)整、基礎伸縮縫的位移及地震和操作引起的位移量，所以其關鍵配置在于母線和各設備、變壓器進線及線路出現(xiàn)的連接等位置。特別注意的是由于水電站的廠房內(nèi)的廠壩間存在諸多伸縮縫，而各條伸縮縫的伸縮量也難以準確測出，為此則需在組合式電器設備的招標設計內(nèi)明確對伸縮節(jié)的要求。就進口組合式電器設備來說，國外常見對其伸縮節(jié)的看法始終未能夠形成統(tǒng)一意見，其中部分廠家認為土建伸縮縫與伸縮節(jié)關系不明顯，而另一部分認為應滿足設計要求的水平位移與垂直位移。對于后者，國外制造商認為，組合式電器設備室應盡可能運用銅接地網(wǎng)與銅接地引線，其原因在于銅的導電性與耐腐蝕性遠遠較好于鋼的導電性與耐腐蝕性，然而因為銅的自身成本與焊接成本遠遠高于鋼的自身成本與焊接成本，為此國內(nèi)諸多電站更傾向于運用鋼接地網(wǎng)與鋼接地線。現(xiàn)階段，我國絕大多數(shù)超高壓組合式電器設備都以銅接地引線為主，為規(guī)避鋼與銅直接接觸發(fā)生化學腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，要求采用特殊的方式連接銅引線與鋼接地網(wǎng)。

綜合以上方面，要求相關機構投入大量的人力、財力及物力資源用于深入研究組合式電器設備設計相關事項，制定更加切實可行的相應的標準，從而為開發(fā)出高性價比組合式電器設備提供有力依據(jù)。

[1] 顏楠楠,周琴,楊建平,李駿.1000kV特高壓電力變壓器試驗標準比較分析[J].上海電機學院學報.2014(02)

[2] 張小勇,王建生,李強,鐘磊,郝宇亮,陳楠.特高壓設備絕緣試驗所面臨的技術挑戰(zhàn)[J].高壓電器. 2014(02)

肖軍（1971.12--），男，江蘇鎮(zhèn)江人，電力專業(yè)本科，工程師，負責電力設備品控管理工作。研究方向：電力設備監(jiān)造，設備缺陷處理。

On the development of cost-effective modular electrical equipment Strategies

Xiao Jun
(Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corporation,528000)

Combined electrical equipment manufacturing technology continues to progress and development, 50 years,each modular electrical equipment manufacturers around the economy and improve the reliability of these two main objectives,device structures,combinations,used in the manufacturing process as well as and maintenance carried out extensive research and development.With the development of large-capacity singlepressure SF6 circuit breakers success and MOA applications,technical performance and parameters of modular electrical devices over conventional switching devices,and so greatly simplify the structure,greatly improved reliability for modular electrical further miniaturization of devices has created very favorable conditions.

high cost;modular;electrical equipment;development strategy