產品知識
126kV及以上高壓開關設備概況及發展趨勢
隨著我國現代化建設的發展,按照我國制定的二十年奔小康的發展規劃,我國每年需要實現新增發電裝機容量2500萬kw。
按照發電系統、輸電系統、配電系統的投資比,輸配電網絡必將獲得大的發展,才能滿足用電的需要,這為高壓開關設備行業提供了持續發展的良好機遇。高壓開關設備雖屬傳統產品,但近年來,國內、外,新技術、新產品不斷推出,形成十分興旺的景象,國產設備與國際先進水平的差距不斷在縮小,已基本可滿足需求,為我國電力工業的發展作出了應有的貢獻。根據《高壓開關行業年鑒》的統計,2002年度高壓開關行業為用戶提供的126-550kvgcb和gis產品如表。從年鑒統計的資料看,sf6斷路器在高壓超高壓領域已占統治地位,少油斷路器需求量已很少。國產高壓開關設備的市場占有率,隨著電壓等級的升高而降低,550kvgis只有2個間隔。采用進口或合資廠的產品的情況大致為:252kv產品約占20%、363kv產品約占35%、550kv產品則占到85%。1126-550kvsf6斷路器的技術水平
1.1、126kv的sf6斷路器產品單斷口,額定電流為3150a;額定短路開斷電流為31.5ka/40ka;主要采用自能滅弧方式,配彈簧操動機構。從產品發展看,126kv自能式產品在40ka下應進一步減小操作功。國產126kv產品的市場份額比較大,價格因素起著重要作用,國產設備的價格要比合資產品便宜。
1.2、252kv的sf6斷路器產品單斷口,額定電流為4000a;額定短路開斷電流為40ka/50ka(國外最高可達80-100ka);采用壓氣式、自能式或混合式滅弧方式,配氣動/液壓/彈簧操動機構,國產設備的技術參數已能滿足市場的需求。隨著自能式滅弧技術的發展,已研制出252kv自能式sf6斷路器,其額定電流為3150a;額定短路開斷電流為40ka。從產品發展看,應進一步提高開斷能力(50ka/63ka)。
1.3、363/550kvsf6斷路器產品雙斷口,額定電流為4000a(國外最高可達8000a);額定短路開斷電流為50ka/63ka(國外最高可達80ka);采用壓氣式滅弧方式,配氣動及液壓操動機構。sf6斷路器的發展,經歷了雙壓式一單壓式一自能式(熱膨脹式滅弧技術)三個階段。
1.4、sf6斷路器操動機構在sf6斷路器發展過程中,操動機構與滅弧室滅弧方式間的相互促進、相互制約、相互依存的關系是密不可分的。強有力的液壓操動機構使得單壓式滅弧方式得以實現,并在很長一段時間內,占據主導產品的地位。而自能式(熱膨脹式)滅弧技術的實現,減小了斷路器所需的操作功,才能采用維護方便的彈簧操動機構。在積極開發新的滅弧室的同時,提高操動機構的可靠性和性能,也是一個很重要的問題。成熟的液壓機構、彈簧機構、氣動機構仍將有廣闊的市場。為滿足斷路器性能的需要,一些廠家引進abb公司ahmb型液壓彈簧機構(見圖1),作為一種過渡方式,發揮了很好的作用,但不能取代自己的開發工作。abb公司從簡單、可靠、減少傳動環節的理念出發,開發出一種新型的電動機操動機構。采用由電動機直接驅動觸頭提升機構的方式,取消了傳動部件,操作平穩。內部設有數字電子監測、控制系統,使觸頭運動行程特性控制在最佳狀態,克服了普通操動機構的局限性。更適合相控斷路器、智能斷路器的需要,為斷路器的應用提供了可靠和靈活的平臺。電動機操動機構的操作能源,由電容器提供,內置電容器充電模塊,充電功率低,屬儲能式操動機構。2126-550kv氣體絕緣封閉式組合電器(cis)的技術水平
2.1、126kv的gis產品單斷口,三相共筒。額定電流為2000-4000a;額定短路開斷電流為40ka。
2.2、252kv的gis產品單斷口,母線三相共筒。額定電流為2000~4000a;額定短路開斷電流為40ka/50a。
2.3、363/550kysf6斷路器產品雙斷口,額定電流為4000a;額定短路開斷電流為63ka(國外最高可達80ka)。國外單斷口最高電壓做到550kv,采用壓氣/自能混合式滅弧室。用于gis的自能式斷路器一般用于252kv以下。國外550kv,已可母線三相共筒。全三相共筒只能達到300kv。
3、新型高壓組合電器隨著電力系統的發展,對110-500ky高壓和超高壓變電所的基本要求越來越高,如:高運行可靠性;節省占地面積和空間;施工安裝更簡單、運行維護更方便等。從技術上講,采用氣體絕緣金屬封閉高壓開關設備(gis)是滿足上述要求的好方案。但是對于數以千計的110-500kv變電所,大量采用gis,存在著價格昂貴的缺點。為此,近年來世界各國都相繼開發、研制了各種類型的145-550kv戶外高壓和超高壓組合電器。這些新型高壓和超高壓組合電器,介于上述常規敞開式高壓電器(ais由單個獨立的設備組合而成)和gis之間的,以sf6斷路器為核心、與隔離開關、接地開關、避雷器、ct、pt等多種設備組合在一起。包括設備本體(一次設備)和就地保護控制等(二次設備)的完開關系統,但不包括每個回路的主母線及分支母線,設備兩側通過出線套管與常規敞開式主母線相連,減少占地面積。這些戶外高壓和超高壓組合電器的共同特點是以sf6斷路器為核心,與其他高壓電器設備組合起來,從結構形式看,可分為以敞開式空氣絕緣(支柱斷路器)為核心和以金屬封閉sf6氣體絕緣(罐式斷路器)為核心的兩種基本形式。由于預計這些設備可以滿足電力系統對高壓和超高壓變電所的基本要求,同時價格介于常規電器設備(ais)與gis之間,具有較大的價格優勢,因此在國內大量的110~500kv變電所中有一定的發展前景。
與常規敞開式高壓電器相比,新型高壓和超高壓組合電器具有以下優點:
(1)可提高可靠性對于由于以敞開式空氣絕緣(支柱斷路器)為核心的組合電器,將各種電氣設備組合在一起,共用一個或數個對地絕緣套管或支柱,大大減少了獨立對地絕緣套管或支柱的數量,通常為常規電氣設備的30%-50%,從而將組合電器對地閃絡的幾率降低為常規電氣設備方案的30%-50%。對于以金屬封閉sf6氣體絕緣(罐式斷路器)為核心的組合電器,將所有元件都密封在sf6氣體絕緣的圓筒內,不受外界各種條件的影響。這些因素都大大提高了設備運行可靠性。
(2)節省占地面積和空間組合電器的相間距離和常規電氣設備相同,因此高壓配電裝置的每個間隔寬度與常規電氣設備方案相同。但是它們節省了各種設備之間的布置尺寸,從而大大壓縮了高壓配電裝置的縱向尺寸,達到減少占地的目的。通常它比常規電氣設備方案節省占地約40%-60%。此外,由于組合電器方案采用了鋁管連接的低型布置形式,取消高大的進線門型構架及高壓配電裝置的上層架空軟導線,可以降低整個高壓配電裝置的帶電體對地高度,節省高壓配電裝置的空間,在減少電磁污染、加強環境保護方面取得了良好的效果。
(3)預制式模塊化組合電器采用在制造廠預制式整體組裝和試驗,模塊化整體運輸和現場施工安裝。從而避免了大量部件在變電所施工現場組裝和調試的工作。施工安裝簡單、方便,施工周期通常為常規電氣設備方案的40%-50%。此外,由于組合電器為電氣主接線的基本模塊,基本模式相同,有規律性的重復性使變電所的設計、運行維護工作量大大減輕。
(4)一次設備和二次設備一體化的高壓開關系統部分戶外插接式智能型組合電器;取消了傳統的二次控制電纜,利用插接式的復合光纖電纜傳遞光信號,同時還配置就地布置的微機保護測控柜。它是包括一次設備和二次設備一體化的高壓開關系統,由高壓開關成套供貨,安裝在110-500kv屋外高壓配電裝置內,安裝簡單,使用方便,受到用戶的歡迎。國外屬于空氣絕緣敞開式的產品有:als-tom公司aim-s型245-550kv組合電器;abb公司瑞典工廠hpl型245-550ky組合電器、ltb型145-170kv組合電器(compact)和意大利工廠lcw型145-170kv組合電器(compass)。屬于sf6氣體絕緣金屬封閉式的產品有:abb公司瑞士工廠pass型245-550kv組合電器;alstom公司gim型245-550kv組合電器;三菱公司mits型245-550kv組合電器;
西門子公司his型245-550kv組合電器等。部分新型高壓組合電器簡介:
(1)145kvcompass組合電器采用敞開式空氣絕緣形式,戶外三相小車式,包括斷路器、電流互感器、隔離插頭。
(2)252kvhplcompact組合電器采用敞開式空氣絕緣形式,包括斷路器、電流互感器、隔離插頭。
(3)72.5-550kypass插接式組合電器:
1)一次設備在同一sf6氣體罐內,布置緊湊,可動元件少,結構簡單可靠,大大減少占地(50%左右),取消了傳統的二次控制電纜,利用插接式的復合光纖電纜傳遞光信號,同時還配置就地布置的微機保護測控柜。土建工作量、基礎及接地網,大大減少一次和二次電纜.
2)采用智能傳感器,實現智能化、在線監測、站內微機監控和無人值守,二次方面居世界領先地位。
3)采用了光電式電壓互感器和電流互感器。
3)研制配高壓sf6斷路器較大行程的永磁操動機構。
4)智能化。
(3)電機操動機構的發展方向
1)研制配電機操動機構的高可靠的充電單元。
2)研制配電機操動機構的高可靠的數字控制元件。
3)研配高壓sp6斷路器較大行程的電機操動機構。
4)研制配電機操動機構的高可靠的電機。
縱觀配高壓斷路器操動機構的發展,操動機構的機械傳動部分越來越少,而電子控制部分增多。因此,機械問題大大減少,然而電器問題會增多。所以,研究高可靠的操動機構重點應放在研究高可靠的電子控制裝置上??傊?,要大力研制小型化、集成化、智能化的高可靠的、能夠適應高壓sf6斷路器和高壓真空斷路器發展的操動機構。