淺談六氟化硫開(kāi)關(guān)柜在海洋平臺(tái)的應(yīng)用

張曉宇

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

0 引言

海洋石油平臺(tái)空間緊湊，設(shè)備密集，通常設(shè)計(jì)選用小型化、輕型化的設(shè)備，以節(jié)約投資。隨著海上油氣田開(kāi)采規(guī)模的增大，平臺(tái)電站容量、電壓等級(jí)不斷提高，供配電設(shè)備數(shù)量不斷增多。此時(shí)，配電柜的布置要占用很大空間，對(duì)平臺(tái)配電間的設(shè)計(jì)會(huì)帶來(lái)很大影響。與普通空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜（以下簡(jiǎn)稱“空氣開(kāi)關(guān)柜”）相比，六氟化硫氣體絕緣開(kāi)關(guān)柜（以下簡(jiǎn)稱“六氟化硫開(kāi)關(guān)柜”）具有尺寸小、重量輕的特點(diǎn)，可顯著減少平臺(tái)配電間面積，節(jié)約投資。目前，海洋石油綏中36-1項(xiàng)目、黃巖1-1項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目已使用六氟化硫開(kāi)關(guān)柜。

1 六氟化硫開(kāi)關(guān)柜簡(jiǎn)要介紹

六氟化硫（Sulfur hexafluoride），分子式SF6，常溫常壓下為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、不燃燒、不爆炸的氣體。

六氟化硫具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，卓越的電絕緣性和滅弧性能。相同條件下，其絕緣能力為空氣的2.5倍，滅弧能力為空氣的100倍，熱傳導(dǎo)性能是空氣的2～5倍，被廣泛應(yīng)用于高壓電器工業(yè)。

六氟化硫開(kāi)關(guān)柜通常由電纜室、斷路器室、母線室和二次儀表室等隔室組成。電纜室主要用于外部一次電纜連接，并安裝有避雷器等元器件；斷路器和母線均置于密閉的六氟化硫氣體中，以提高電氣絕緣性能；二次儀表室主要用于二次電纜連接，并安裝有綜合保護(hù)裝置等。

和普通空氣開(kāi)關(guān)柜相比，六氟化硫開(kāi)關(guān)柜具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）體積小。六氟化硫開(kāi)關(guān)柜僅為空氣開(kāi)關(guān)柜體積的1/5～1/4，如35 kV、1 250 A、25 kA開(kāi)關(guān)柜，某廠商空氣開(kāi)關(guān)柜尺寸為1 200 mm×2 800 mm×2 500 mm（寬×深×高），而其六氟化硫開(kāi)關(guān)柜尺寸僅為600 mm×1 340 mm×2 400 mm（寬×深×高），六氟化硫開(kāi)關(guān)柜體積僅為空氣柜體積的23.0%，大大減小了占地空間和配電間面積。

（2）可靠性高。海洋平臺(tái)環(huán)境惡劣，多鹽霧、霉菌、濕氣、凝露。六氟化硫開(kāi)關(guān)柜高壓部分全封閉，完全避免了外界環(huán)境氣候?qū)﹂_(kāi)關(guān)柜的影響。

（3）維護(hù)工作量少。和空氣開(kāi)關(guān)柜相比，六氟化硫開(kāi)關(guān)柜維護(hù)工作量大大降低。其中高壓部分完全封閉在六氟化硫氣體中，免維護(hù)；斷路器操作機(jī)構(gòu)在氣室外，維護(hù)起來(lái)非常方便。

（4）安裝、操作方便。六氟化硫開(kāi)關(guān)柜采用模塊化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)裝配工作量小。同時(shí)，采用智能化控制保護(hù)單元，集保護(hù)、控制、計(jì)量、監(jiān)測(cè)、通訊功能于一體，界面友好，操作簡(jiǎn)便。

2 主流廠商六氟化硫開(kāi)關(guān)柜比較

海洋平臺(tái)進(jìn)行電力外輸時(shí)，通常將系統(tǒng)電壓升高至35 kV，設(shè)計(jì)選用額定電壓為40.5 kV的開(kāi)關(guān)柜。目前，40.5 kV六氟化硫開(kāi)關(guān)柜市場(chǎng)上較知名的進(jìn)口品牌主要有：西門子8DA10、ABB ZX2以及施耐德WSG。各個(gè)廠商的六氟化硫開(kāi)關(guān)柜在結(jié)構(gòu)、型式上略有差異，根據(jù)各廠商公開(kāi)的技術(shù)樣本等資料，本文梳理了其六氟化硫開(kāi)關(guān)柜的主要區(qū)別，具體如表1所示。

表1 不同廠商六氟化硫開(kāi)關(guān)柜比較

3 六氟化硫開(kāi)關(guān)柜在海洋平臺(tái)應(yīng)用時(shí)需關(guān)注的幾點(diǎn)問(wèn)題

3.1 空間合理度

在實(shí)際項(xiàng)目中，具體選用空氣開(kāi)關(guān)柜還是六氟化硫開(kāi)關(guān)柜，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)電壓等級(jí)、中高壓配電柜數(shù)量、房間面積、項(xiàng)目投資費(fèi)用等因素統(tǒng)籌考慮，對(duì)不同方案下的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析比較后，確定最終方案。

3.2 房間監(jiān)控（故障氣體泄漏監(jiān)測(cè)）

由于事故狀態(tài)下，六氟化硫在高溫電弧作用下分解會(huì)產(chǎn)生有毒的、具有腐蝕性的氣體，為安全起見(jiàn)，海洋平臺(tái)目前對(duì)六氟化硫開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)采取以下安全措施：

（1）將六氟化硫開(kāi)關(guān)柜集中在獨(dú)立的房間內(nèi)（高壓開(kāi)關(guān)間），房間設(shè)置專門的通風(fēng)系統(tǒng)。

（2）房間的HVAC設(shè)計(jì)除滿足普通開(kāi)關(guān)間設(shè)計(jì)要求外，增加強(qiáng)制排風(fēng)機(jī)。強(qiáng)制排風(fēng)機(jī)在正常情況下為關(guān)閉狀態(tài)，只有在報(bào)警工況或人員進(jìn)入房間之前開(kāi)啟進(jìn)行強(qiáng)制排風(fēng)。

（3）房間內(nèi)設(shè)置含氧量探測(cè)儀、六氟化硫氣體探測(cè)儀，在房間門口和中控室設(shè)有報(bào)警裝置。

（4）房間的強(qiáng)制排風(fēng)機(jī)與儀表探測(cè)報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，當(dāng)房間進(jìn)風(fēng)口有可燃?xì)鈭?bào)警時(shí)，按照火氣系統(tǒng)邏輯關(guān)閉進(jìn)風(fēng)機(jī)及風(fēng)閘。

（5）在房間門口顯著位置設(shè)置警示牌：“人員進(jìn)入房間前至少抽風(fēng)15 min”。強(qiáng)制排風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)需設(shè)置在警示牌旁邊。

與此同時(shí)，還應(yīng)該按照有關(guān)規(guī)程規(guī)定定期對(duì)六氟化硫壓力表和密度繼電器進(jìn)行校驗(yàn)；定期對(duì)六氟化硫氣體微水含量和泄漏量進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不合格時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。處理時(shí)六氟化硫氣體應(yīng)予回收，不得隨意向大氣排放，以免污染環(huán)境或造成人員中毒事故。具體應(yīng)參考GB/T 8905—2012《六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢測(cè)導(dǎo)則》和GB/T 28537—2012《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備中六氟化硫（SF6）的使用和處理》中有關(guān)要求。

3.3 泄壓孔位置

部分廠商六氟化硫開(kāi)關(guān)柜泄壓孔設(shè)置在盤柜背部，短路事故發(fā)生時(shí)一旦氣體泄漏可能對(duì)盤后正在進(jìn)行檢修、巡視作業(yè)的人員造成傷害，應(yīng)建議廠商將泄漏氣體導(dǎo)入柜體頂部泄壓，或直接將開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)為柜體頂部泄壓，以最大程度降低對(duì)人員可能造成的傷害。

3.4 一次電纜連接

六氟化硫開(kāi)關(guān)柜外接一次電纜采用插接型式，電纜插接時(shí)要求豎直連接。陸地六氟化硫開(kāi)關(guān)柜安裝時(shí)底部有電纜溝，進(jìn)出線較為方便。海洋平臺(tái)甲板底部有結(jié)構(gòu)梁格，在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行六氟化硫開(kāi)關(guān)柜布置時(shí)，必須核實(shí)開(kāi)關(guān)柜電纜進(jìn)線孔、避雷器和PT安裝孔與結(jié)構(gòu)梁格位置，結(jié)構(gòu)梁格應(yīng)按照開(kāi)關(guān)柜寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)，以避免進(jìn)線孔、安裝孔等與甲板底部結(jié)構(gòu)梁格碰撞，造成后期施工階段安裝困難甚至無(wú)法安裝等問(wèn)題。

3.5 柜體底座設(shè)計(jì)

在進(jìn)行六氟化硫開(kāi)關(guān)柜底座設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要滿足接線高度要求，還要滿足避雷器、PT等元器件安裝和拆卸高度要求以及零序CT安裝空間要求。由于外接動(dòng)力電纜需要豎直插接，選用的穿心式零序CT尺寸往往較大，設(shè)計(jì)六氟化硫開(kāi)關(guān)柜底座時(shí)應(yīng)格外注意。通常，海上平臺(tái)六氟化硫開(kāi)關(guān)柜底座設(shè)計(jì)為300 mm高槽鋼底座。另外，為避免零序CT安裝不便問(wèn)題，對(duì)于系統(tǒng)接地電流較高的設(shè)計(jì)，可以考慮采用綜保自合成零序電流的方案。

4 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)的空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜相比，六氟化硫開(kāi)關(guān)柜具有尺寸小、重量輕的特點(diǎn)，可大幅減少海洋平臺(tái)配電間面積，具有顯著優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，也應(yīng)關(guān)注到，六氟化硫在常溫下是一種溫室氣體，在短路事故下可能分解產(chǎn)生有毒的、具有腐蝕性的氣體，因此在設(shè)計(jì)使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守有關(guān)操作規(guī)程的規(guī)定，避免對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人員的傷害。目前，新型絕緣技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如壓縮空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜、固體絕緣開(kāi)關(guān)柜，已經(jīng)有相關(guān)產(chǎn)品問(wèn)世，后續(xù)可持續(xù)關(guān)注，待技術(shù)成熟后在海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)使用。