西門子HIS型與ABB瑞士工廠PASS型兩種組合電器在電網中的應用

摘要:近幾年來國外245～550kV戶外超高壓新型組合電器發展迅速。這些戶外超高壓新型組合電器的采用對于提高超高壓變電站的運行可靠性，更有效的節省占地面積和空間，使施工安裝更簡單、運行維護更方便等方面起了重大的作用。本文主要對西門子HIS型與ABB瑞士工廠PASS型兩種組合電器進行了分析，并探討了其在電網中的應用。

關鍵詞:HIS;組合電器;應用

前言:

如何正確的使用戶外超高壓新型組合電器是我們必須探討的問題。下面介紹了西門子HIS型與ABB瑞士工廠PASS型兩種組合電器的比較及其在電網中的應用。

1 西門子HIS型245～550kV組合電器

1.1 基本結構及特點

HIS型組合電器屬于金屬封閉式組合電器。采用有成熟生產和運行經驗的GIS各種元件為基本模塊，按照用戶要求的電氣主接線，組合成單相組合電器，它采用戶外SF6絕緣套管，通過軟導線與超高壓配電裝置常規的敞開式鋁管母線或軟母線系統相連接。

HIS型245kV組合電器采用8DN9-245kV GIS元件，主要包括:①單斷口SF6斷路器;②隔離開關及接地開關;③快速接地開關;④電流互感器;⑤電容式電壓互感器;⑥戶外出線套管。它們都封閉在鋁合金外殼內，采用SF6氣體絕緣，并且都是單獨的氣室。各元件之間的連接法蘭盤采用統一的尺寸，使得組合電器的各元件可以完全按照用戶要求的電氣主接線，任意拼接組合，達到完全模塊化生產。

HIS型550kV組合電器采用8DQ1-550kV GIS元件，其主要元件的類型以及結構特點與245kV組合電器相同。圖1是用于一個半斷路器接線500kV戶外配電裝置中間連絡斷路器回路的HIS型550kV組合電器。中間是2組垂直布置的出線套管，通過軟導線分別與出線或主變壓器回路相連接，包括1臺雙斷口SF6斷路器、4組隔離開關及接地開關、2組電流互感器，及1套控制單元。

1.2 主要技術參數

1.3 適用電氣主接線形式

由于它可以采用GIS各種元件組合而成，因此十分靈活，可以適合任何一種電氣主接線形式。

1.4 超高壓配電裝置的布置

它適用于中型、軟母線或鋁管母線超高壓戶外配電裝置。

例如:圖2是HIS型8DQ1-550kV組合電器與常規設備在500kV軟母線屋外配電裝置的一個半斷路器接線中布置方案的比較。常規設備的主接線是將避雷器和電容式電壓互感器單獨裝設在出線回路中，兩側500kV避雷器之間的縱

向長度為200m。而對組合電器方案而言，可以采用3套HIS型8DQ1-550kV組合電器，中間1套組合電器，兩邊靠軟母線側各1套組合電器，元件配置和結構尺寸如圖2所示，它是采用將圖2中間組合電器減少2組隔離開關和1組戶外出線套管的結構，同時可以將避雷器和電容式電壓互感器安裝在母線側組合電器內。因此可以將兩側500kV軟母線邊相之間的縱向長度壓縮到60m，采用組合電器比常規設備方案節省占地約70%。

1.5 二次控制及保護

HIS型組合電器以GIS的各種元件為基礎進行組合，它的電流互感器和電壓互感器仍然是傳統GIS元件，即采用帶鐵心的感應式電流互感器和電阻-電容分壓的電壓互感器。但是西門子公司已經開發了為GIS數字化控制保護、測量用的SICAM裝置，其中微機型儀用互感器單元(ITU)就是安裝在電流互感器和電壓互感器上的微機過程處理器，它具有接受來自TA、TV的電流、電壓模擬量，經過模/數轉換，再向上一級二次設備輸出電流、電壓數字量的功能，使得HIS型組合電器能夠輸出電流、電壓數字量信號。

此外，SICAM裝置還包括:數字式斷路器控制單元(DBC);數字式隔離開關/接地開關控制單元(SCM);數字式過程通信單元(PCU)。以上這些微機型過程處理單元可用于HIS型組合電器，實現對SF6斷路器、隔離開關微機式無節點的控制方式和狀態監測、故障診斷(如電流電壓波形、動作次數、開斷電流大小等)。

1.6 主要優缺點

HIS型組合電器全部元件都封閉在鋁合金外殼內，以SF6氣體絕緣，因此設備布置更緊湊，比敞開式組合電器更加節省占地及空間。而且各元件采用單獨氣室，運行更為安全可靠。

制造廠能夠提供包括一次、二次設備完整的超高壓開關系統，設備配套性強。二次控制保護、測量微機化、數字化，狀態監測、故障診斷功能齊全。一次設備完全采用傳統GIS的模塊，制造廠有豐富的制造和運行經驗。在超高壓配電裝置中采用這種組合電器技術比較成熟、可靠。

信息來自:輸配電設備網

它的缺點是，仍然采用傳統的電阻-電容分壓的電壓互感器和帶鐵心的感應式電流互感器，不是數字式光電電流、電壓互感器，相對體積、尺寸都較大。在組合電器緊湊型、小形化方面有些欠缺。

2 ABB瑞士工廠PASS型245～550kV組合電器

2.1 基本結構及特點

PASS開關系統是ABB公司綜合其先進的GIS技術和電力電子技術的一種新型產品。它可以為變電站提供一整套簡化的開關運行方式，不僅有較高的可靠性和免維護，而且可減少占地面積和投資，加快變電站的建設速度，是電力系統新建和改建變電站的一個好的選擇。

PASS型組合電器是ABB公司近幾年開發的一種采用固定元件組合的超高壓戶外插接式組合電器，主要元件包括:①1臺SF6斷路器;②1組組合式光電電流、電壓互感器;③1組或2組母線隔離開關及接地開關(它沒有出線隔離開關及接地開關)。由這些固定的元件組合成單相電氣設備，每相組合電器通過戶外復合絕緣套管，采用軟導線接入敞開式母線。如圖(3)所示。

2.2 主要技術參數

2.3 適用電氣主接線形式

適用于各種形式的電氣主接線。

2.4 超高壓配電裝置的布置

它將斷路器、隔離開關、接地開關及電流/電壓傳感器裝設在一個金屬封閉的氣室內;主要部件中，斷路器部分是在GIS的基礎上開發研制的(滅弧室部分完全相同)，取消線路側的隔離/接地開關;使用電流/電壓傳感器代替電流/電壓互感器;二次設備就地安裝中，使用ABB公司最新研制開發的傳感器信號處理接口(ProcessInterface for Sensors and Actuators，PISA)進行數據的采集、處理和數字化傳輸。根據用戶的需要，它可以提供各種不同的主接線方式。PASS的所有部件均在工廠內進行安裝和試驗，到現場只需將光纖電纜插入就地控制柜和主設備即可投入運行。

2.5 二次控制及保護

PASS型組合電器控制保護、測量完全數字化、智能化，采用光纖傳輸數字信號。制造廠能夠提供包括一次、二次設備及插接式復合光纖電纜等完整的超高壓開關系統。如圖4.

2.6 主要優缺點

2.6.1 ABB瑞士工廠PASS型組合電器一次設備和二次設備的供貨成套性最完整，而且還提供從設備本體至就地保護、測控柜的復合光纖電纜，但是從總體上看，它是一種節省元件的組合電元器，沒有出線側隔離開關元件，缺少出線隔離開關的功能，此外，它的所有元件共用一個SF6氣室，SF6斷路器滅弧室在開斷短路電流時，電弧產生的分解物可能會影響處于同一氣室內隔離開關及接地開關的絕緣強度，需要在實際運行中進一步考驗。

2.6.2 其取消了斷路器線路側的隔離開關和接地開關，使得對整個組合電器的可靠性的要求很高。一旦組合電器中的一次元件發生故障，可能導致需要上一級的斷路器跳閘停電，退出檢修。

3 HIS在電網中的應用

由于HIS僅由幾種模塊組成，所以使用HIS的變電站的規劃和設計是非常簡單的。所有模塊都在同一高度安裝，因此只需要標準的支架、標準的基礎和標準的進線支架。使用者可以非常方便的接近斷路器的彈簧操動機構、隔離開關和接地開關的操動機構以及互感器的二次端子。HIS模塊的高度是按標準集裝箱的尺寸設計的，從而可使運輸費用降至最低。由于所有的模塊以及二次部分都在工廠完成了試驗，在現場只需要用帶標準連接件的電纜連接起來就可以了，這樣使得現場的安裝和調試非常方便快捷，例如一個帶三個斷路器的內橋接線的變電站可以在一周內完成安裝并投入運行。圖5給出了一個HIS使用節省空間的例子。

如果對一個變電站工程的一次和二次設備、土建、安裝調試及維護進行綜合評價，我們發現傳統變電站和HIS不同參數的全壽命費用是不同的。例如:HIS的投資成本與空氣絕緣變電站相比基本相同，但是由于HIS的維護費用低，因此它的全壽命周期就降下來了。由此可見，在土地費用低及勞動力成本低的地區使用傳統的空氣絕緣變電站無疑是經濟的;而在空間有限、土地價格高、環境苛刻或勞動力成本高的地區，HIS是有很大優勢的。

4 總結

相對于傳統的戶外變電站而言，無論是擴建、改造或新建，創新的HIS都是非常有前途的更新換代產品，除了節省投資和維護費用外它還有很多其他優點。對于回路簡單、規模小的變電站來說選用HIS更加合適。