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對于充氣柜發(fā)展重要性分析

發(fā)布時(shí)間:2021-04-28 13:35:57

隨著開關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,小型化、智能化開關(guān)越來越受到用戶的青睞。近年來,各開關(guān)制造廠也紛紛把小型化、智能化開關(guān)作為發(fā)展方向。在這種發(fā)展方向的指引下,一種新的開關(guān)設(shè)備C-GIS問世了。本文主要探討充氣柜發(fā)展。

1.數(shù)年前,上海電力部門在人口稠密的靜安寺附近建一座252/126/40.5kV降壓站,經(jīng)拆遷征地50m×60m。但開關(guān)設(shè)備需要35面,若用常規(guī)開關(guān)設(shè)備根本無法排布,最后采用西門子8DA10/8DB10型充氣柜,才建成一座降壓容量為540MV·A的變電站。上海集裝箱海港、貨物吞吐量很大,使用西門子充氣柜,從未斷過電,確保了供電安全。

2.充氣柜的結(jié)構(gòu)

充氣柜現(xiàn)有兩種外形上差異很大的結(jié)構(gòu)形式。一種為圓筒形結(jié)構(gòu),另一種為柜式結(jié)構(gòu),前者很像高壓GIS,后者卻很像一般金屬封閉開關(guān)柜。

圓簡形充氣柜有三相共筒式和分相式兩種結(jié)構(gòu)。柜體材料有鑄鋁合金,也有鋼板卷制,西門子8DA10/8DB10型為鋁簡分相式,ArevaW1型為鋼板三相共筒式。平高公司40.5kV充氣柜為鋁簡分相式,平開華明公司的40.5kV充氣柜也為金屬筒分相式。

充氣柜式結(jié)構(gòu)有各種形式,其主要區(qū)別在于:①氣室的設(shè)置,有3氣室、兩氣室和單氣室。②一次回路中母線、3工位開關(guān)和真空斷路器的排布方式,大致可分為3:一類上中下布置,二類下中上布置,三類后中前布置。以第一類布置居多。

3.結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)

與空氣絕緣開關(guān)設(shè)備不同,氣體絕緣開關(guān)設(shè)備的帶電元件不是裝在抽屜里,而是裝在防腐蝕的焊接密封殼體內(nèi)。斷路器或母線和三工位開關(guān)也可裝在兩個(gè)分開的隔室內(nèi)。而操動(dòng)機(jī)構(gòu)及所帶脫扣器、輔助開關(guān)及電流、電壓互感器和低壓控制箱裝在氣室之外。

開斷功能在真空開關(guān)管內(nèi)進(jìn)行。真空中的開距僅有十幾毫米。由于電弧電壓極低且電弧旋轉(zhuǎn),故觸頭熔焊極微小。固定在殼體壁上的焊接波紋管使之可從外部操動(dòng)開關(guān)。三工位開關(guān)擺動(dòng)操作,而斷路器軸向操動(dòng)。操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。所儲(chǔ)能量足夠二次重合閘之用。

除殼體的后壁外,殼體的所有外壁,包括加強(qiáng)橫檔、緊固件和套管均用激光全自動(dòng)焊接,向內(nèi)呈拱形的防爆模盒與殼體壁焊在一起。氣體絕緣開關(guān)設(shè)備為確保產(chǎn)品性能和增加競爭能力,如西門子形成4大核心工藝,即鈑金工藝、激光焊接工藝、澆注樹脂工藝及銅件加工工藝。

4.充氣柜的技術(shù)進(jìn)步

充氣柜CGS技術(shù)的進(jìn)步,國外主要表現(xiàn)在減少產(chǎn)品中SF6氣體用量和研發(fā)非充SF6氣體充氣柜。如在歐洲,主要是減少新產(chǎn)品中SF6氣體的用量。而在日本,一方面減少新產(chǎn)品中SF6氣體的用量,另一方面,開發(fā)非SF6充氣柜,如用于干壓空氣絕緣或用固體絕緣。SF6氣體具有最優(yōu)異的滅弧和絕緣性能,但被列為溫室效應(yīng)氣體之一,因而被限制使用。為此要減少或不用SF6氣體。

4.1減少新品中SF6氣體的用量為尋找SF6的替代產(chǎn)品,科學(xué)家已研發(fā)了40多年。直到如今,所有檢驗(yàn)過的可替代氣體的性能遠(yuǎn)不如SF6氣體的絕緣和滅弧性能。類似于SF6特性的可替代氣體,如氯化物、氟化物或各種鹵化碳混合物的缺點(diǎn)很多:GWP系數(shù)(全球變暖系數(shù)〉很高。②CO2對臭氧層有害。③CF混合物在分解時(shí)(電弧、局部放電>生成導(dǎo)電的積炭層。

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的CF3I氣體,其絕緣性能很好,在均勻電場中的絕緣水平是SF6氣體的1.2倍,SLF的開斷性能均為SF6氣體的0.9倍,但價(jià)格昂貴,是SF6氣體的100倍,因此進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用還很不現(xiàn)實(shí)。為此,SF6開關(guān)設(shè)備制造廠家可行的辦法是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中盡量減少SF6氣體用量、泄漏量和排放量。采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)和焊接工藝及高性能密封材料,在減少SF6氣體用量方面取得明顯成效。例如世界三大輸配電制造商之一的Areva(阿海法)公司SF6充氣柜一代又一代從WIWSGWA發(fā)展中SF6充氣量從100%(WI)90%(WS)40%(GWA)。又如富士新開發(fā)的CGIS200024kV充氣柜的用氣量從12kg減少為4.4kg(減少63%),還有新開發(fā)的72/84kV充氣柜,SF6用量從老產(chǎn)品的100%減少為36%(減少64%)

4.2混合氣體CGIs

1)綠色環(huán)保。12~24kV產(chǎn)品可用氮?dú)夂陀?/span>N2+SF6混合氣體絕緣,以技術(shù)創(chuàng)新和精確設(shè)計(jì)確保在提高產(chǎn)品性能的同時(shí),減少產(chǎn)品對環(huán)境的危害。

2)體積更小。N2X24kV單氣箱柜在采用氮?dú)饣?/span>N2+SF6混合氣體絕緣后,并沒有因?yàn)闅怏w絕緣強(qiáng)度的降低而增加尺寸,而是更小。N2X24kV單氣柜柜體尺寸為500mm×1050mm×2250mm,柜寬僅為空氣柜的一半,大大縮小了電站的占地面積。

3)維護(hù)量小。高壓帶電體全被密封,高壓絕緣不受大氣環(huán)境影響,不易老化。絕緣和載流可靠性高,高壓部分終生免維護(hù)。可降低設(shè)備的全壽命周期成本。

4)能耗更低。開關(guān)柜主回路電阻低,載流能力高,長期運(yùn)行節(jié)約能耗。5)高模塊化。靈活組合,拼接方便。用戶現(xiàn)場不需處理氣體。

4.3干式空氣充氣柜

CGIS中,雖然多數(shù)仍使用具有優(yōu)異滅弧和絕緣性能的SF6氣體,但也出現(xiàn)了非充SF6充氣柜。如用氮?dú)饣蚋蓧嚎s空氣取代SF6,現(xiàn)還出現(xiàn)固體絕緣柜及復(fù)合絕緣柜。如富士于20044月開發(fā)出CGIS210024kV干縮壓空氣充氣柜。該產(chǎn)品采用0.05MPa(表壓)的壓縮空氣絕緣。該公司減少SF6充氣量的CGIS2000型和充干壓空氣充氣柜的結(jié)構(gòu)及外形尺寸

4.4復(fù)合絕緣開關(guān)柜

中壓等級(jí)(24~84kV)開關(guān)柜是以絕緣介質(zhì)使用SF6氣體的箱型氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(CGIS)為主流產(chǎn)品,但SF6氣體作為溫室效應(yīng)氣體(全球變暖系數(shù)為23900)而被指定為限制排放氣體,因此在削減SF6氣體排放量的同時(shí),期望使用無SF6氣體的開關(guān)柜。在這一背景下,2000年以后,在24~36kV等級(jí)實(shí)現(xiàn)了無SF6氣體開關(guān)柜的商品化。4.5固體絕緣柜

日本東芝公司于1999研發(fā)出高性能環(huán)氧樹脂及高效的環(huán)氧樹脂澆注技術(shù),于2002年開發(fā)出24kV固體絕緣開關(guān)柜(SIS)。之后又進(jìn)行了系列化,于2005年開發(fā)出36kVSIS,現(xiàn)又進(jìn)行更高電壓等級(jí)72kV84kVSIS的開發(fā).24kVSIS的主要參數(shù)為24kV/6301250A/25kA。

固體絕緣柜帶來一系列優(yōu)勢。這里將24kVSF6充氣柜(CGIS)和固體絕緣柜(SIS加以比較:CGISSF6氣體用量5kg,而SIS為零,有利于環(huán)保;CGIS體積為2.7m3SIS1.7m3,僅為其63%。CGIS零件數(shù)為2500個(gè),而SIS1200個(gè),為其48%.一面固體絕緣柜(SIS)省下5kgSF6氣體,相當(dāng)于120tCO溫室效果。

 

結(jié)束語

綜上所訴,充氣柜在我國發(fā)展方興未艾。當(dāng)前主要使用SF6氣體絕緣,為了減少SF6氣體使用量,出現(xiàn)了干壓縮空氣絕緣充氣柜、復(fù)合絕緣充氣柜以及固體絕緣充氣柜等。這些代表了充氣柜發(fā)展方向,值得關(guān)注。