小型化中低壓開關設備在水電站建設中的應用探討

何 岦

(華能瀘定水電工程籌建處， 四川 成都 610041)

1 40.5 kV箱式開關站之對比

箱式開關站的主要優點是結構緊湊，在工廠內即可以完成全部設備的生產制造和安裝調試工作，現場施工只需要做好安裝基礎及電纜溝。但是如果其體積過大，設備過重，就會給運輸和安裝造成困難而失去其原有的優勢。

圖1為40.5 kV箱式開關站平面布置圖。

圖1 40.5 kV箱式開關站平面布置圖

如圖1所示，該40.5 kV開關站選用的是典型的KYN61-40.5鎧裝移開式交流金屬封閉開關設備。該設備原型為ABB公司的ZS3.2，由西安高壓電氣研究院有限責任公司(簡稱西安院)牽頭，聯合國內數家大型開關設備生產企業共同仿制，具有較高的技術水平。但是，真空斷路器和柜體的整體技術水平與其原型相比依然有較大的差距。以斷路器為例，ABB的VD4重量僅有280 kg，配置專用引軌后，僅需要一名普通操作員即可以輕松推進和拉出；而國產的ZN85和其他公司生產的同型號斷路器的重量都遠遠高于該參數，有的重量超過400 kg，加上設計的不合理，既使兩名很強壯的操作員推進和拉出也很困難。這一系列的柜型比原有的老式設備有了很大的進步，但由于采用的是空氣絕緣加固體復合絕緣，體積都較大；就算選用ABB的產品，也需要一個龐大的箱體才能安裝(圖2、3)。

圖2 ABB公司生產的ZS3.2型開關設備圖

圖3 ABB公司生產的ZS3.2型開關設備內部結構圖

圖1中的開關設備尺寸為(寬)1 400 mm×(長)2 800 mm×(高)2 800 mm，加上散熱和故障壓力釋放空間，開關站內部的高度需要4 000 mm，其體積為12 m×5.6 m×4 m=268.8 m3。這樣大的尺寸不能整體運輸，需要將箱體分成4塊，并且開關設備也不能預先安裝，需要分開運輸，由5～6輛貨車運至現場再重新組裝，還需要同樣大小的安裝基礎。而在山區施工的水電站場地都很有限，故該設備的選型在各個方面都顯得不合理，從而失去了箱式開關站可以在工廠內預裝的意義。

如圖4所示，該40.5 kV開關站所選用的是

中壓箱式氣體絕緣金屬封閉開關設備(簡稱C-GIS)。第一代配真空斷路器的C-GIS由西門子于1982年推出，到目前為止各大公司已有多個系列的同類產品相繼進入市場，在多年的運行中顯示出其優異的可靠性和經濟性。隨著技術的不斷進步，現在的C-GIS已經完全實現了全智能和全免維護。在可靠性和安全性方面，很多廠家的中壓C-GIS已經在線運行很多年，基本上沒有發生過由于絕緣問題和載流回路過載誘發的故障。而其它類型的中壓開關設備卻事故頻發，這些事故的起因一是由于受環境影響而造成絕緣性能下降引起事故，比如絕緣件表面受潮吸水、絕緣件表面氧化等；二是由于載流回路在發熱時又長期暴露在空氣中，其搭接處老化加劇、發熱，誘發事故；三是產品設計和質量控制不過關，產品在使用過程中出現了多種影響運行的故障；四是產品維護保養不當或沒有按時維護保養而出現故障。中壓C-GIS開關設備的出現，就是為了避免和減少這些故障的發生。可以說，C-GIS是非常具有革新意義的產品。

圖5為西門子公司生產的8DA10型C-GIS開關設備。

圖4中的開關設備尺寸為(寬)600 mm×(長)1 600 mm×高2 350 mm，加上散熱和故障壓力釋放空間，開關站內部的高度需要3 500 mm，其體積為6.3 m×3 m×3.5 m=66 m3，僅有原設計方案的25%。這樣的尺寸，既可由一輛貨車運輸，還可以在工廠內完成所有設備的生產、安裝、調試。另外，安裝基礎的占地面積為19 m2，相比原來的67.2 m2，占地面積不到原來的30%。

圖5 西門子公司生產的8DA10型C-GIS開關設備圖

2 12 kV箱式開關站對比

圖6為12 kV箱式開關站平面布置圖。

圖6 12 kV箱式開關站平面布置圖

如圖6所示，該12 kV開關站選用的是典型的KYN28-12鎧裝移開式交流金屬封閉開關設備。該設備原型為ABB公司生產的ZS1，由西高院牽頭，聯合國內數家大型開關設備生產企業共同仿制，同樣具有較高的技術水平。該設備采用了許多新的設計和制造工藝，可靠性和外觀質量等比原有的老式設備有了很大進步，逐漸成為12 kV級一次配電柜的主流產品。但是，經過20年左右的生產和運行，暴露出許多無法克服的問題，頻繁出現各種故障和事故，給系統供電和用戶單位造成了不同程度的損失。這些事故中，很大一部分和40.5 kV級產品發生的事故原因類似，且以載流回路事故和產品機械故障最為突出。這些問題的出現已經很多年了，有分析認為依然是因設計的先天不足造成的。所以，很早以前，國外大公司就把C-GIS的概念引入到12 kV級產品中，以克服缺陷。

圖6中的開關設備尺寸為(寬)800 mm×(長)1 700 mm×(高)2 400 mm，加上散熱和故障壓力釋放空間，開關站內部的高度需要3 500 mm。其體積為8.5 m×4 m×3.5 m=119 m3。這樣大的尺寸需要將箱體分成2塊，并且開關設備也不能預先安裝，需要由3～4輛貨車分開運輸運至現場再重新組裝。

圖7為新型C-GIS開關設備的12 kV箱式開關站平面布置圖。

圖7 新型C-GIS開關設備的12 kV箱式開關站平面布置圖

如圖7所示，該12 kV開關站選用的是由ABB公司生產的ZX0型中壓C-GIS。尺寸為(寬)400 mm×(長)1 000 mm×(高)2 200 mm，加上散熱和故障壓力釋放空間，開關站內部的高度需要3 300 mm。其體積為4.9 m×2.4 m×3.3 m=38.8 m3，僅為原設計方案的33%，既可由一輛貨車運輸，還可以在工廠內完成所有設備的生產、安裝、調試。安裝基礎的占地面積為11.76 m2，相比原來34 m2，占地面積不到35%。

圖8為ABB公司生產的ZX0結構示意圖。

3 經濟性比較

中壓C-GIS開關設備的采購價格略高于空氣加固體絕緣的設備。但是，以文中列舉的開關為例，C-GIS高出來的價格足以抵消大體積空氣絕緣開關設備在生產、運輸、現場安裝調試、配套基礎設施建設、征地等方面多出來的成本。還有一點需要指出，C-GIS為智能型免維護產品，現場不需要配套檢修和維護人員。隨著國內制造技術的進步，C-GIS總體價格還在逐漸下降，從而為其大量使用提供了條件。另外，C-GIS的使用周期可以長達30 a，且不受環境污染、潮濕、海拔高度的影響。而大中型電站的建設周期通常為5～10 a，在工程建設結束后，這樣的箱式開關站還可以直接吊裝運往下一個工地，并且可以一直這樣循環利用，從而可減少大筆重復性投資；而安裝大體積空氣絕緣開關設備的箱式開關站則很難再被利用，重新全部拆開就是一個很大的問題，現場重新組裝也將更加繁雜且可靠性大打折扣。

圖8 ABB公司生產的ZX0結構示意圖

4 結 語

C-GIS是非常具有革新意義的產品，它的出現，能避免傳統空氣絕緣開關設備在不同條件下所暴露出的諸多缺陷。而在水電工程建設中選用C-GIS開關設備的箱式開關站，是減少土地占用、節省工程投資、縮短建設周期、提高設備利用率和可靠性的一條有效途徑，較傳統產品具有極高的優越性和推廣價值。

參考文獻：

[1] 趙維全.淺談國內中壓開關設備市場現狀及前景[J].黑龍江科技信息，2011，15(31)：46，205.