35kV 充氣式開關柜、HGIS設備的綜合比較

黃芬芳

（湖南送變電勘察設計咨詢有限公司，湖南 長沙410015）

0 引言

電力需求的不斷增長、“資源節約型、環境友好型”社會的建設、電力工程建設復雜程度的加大，對電網發展提出了更高的要求，同時變電站對電氣一次設備小型化、免維護、智能化的要求也越來越高。近年來，電力設備制造有了較大發展，大量高性能、高可靠性設備不斷涌現。變電站采用的新設備自動化水平不斷提高，配電裝置也從傳統形式向無油化、真空、SF6和機電一體化的小型設備發展。變電站內35kV 設備除了傳統的敞開式設備外，開關柜、GIS設備也應用得越來越多。本文將針對35kV 充氣式開關柜、HGIS設備，從生產、運行、技術、經濟等方面進行詳細比較與分析。

1 35kV 設備基本情況

1.1 35kV 充氣柜

氣體絕緣金屬封閉開關設備是將斷路器、隔離開關、接地開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器、母線、進出線套管或電纜終端等元件組合封閉在接地的金屬殼體內，充以一定壓力的SF6氣體作為絕緣介質和滅弧介質所組成的成套開關設備。由于它既封閉又組合，故占地面積小，不受環境的影響，運行安全可靠且維護工作量少。

1.2 35kV HGIS設備

GIS屬于可靠性高、免（少）維護的開關設備，它占地面積最小，但由于配置大量的金屬封閉母線，故造價昂貴。而HGIS將發生事故幾率極低的母線采用常規方式（敞開式）布置，故造價較相對GIS低，且具備結構清晰、簡潔、緊湊、安裝和維護方便、運行可靠性高等特點。

2 35kV 設備在通用設備中的情況

根據國家電網基建［2013］157號《國家電網公司關于印發公司標準化建設成果（通用設計、通用設備）應用目錄（2013年版）的通知》，35kV 充氣柜額定短路開斷電流為25kA，無額定短路開斷電流為31.5kA、40kA 的充氣柜。如果35kV 側短路電流較大，需選用31.5kA 和40kA 設備時，將無法選用通用設備，在國網的采購和招標中會遇到一些困難。35kV HGIS設備不屬于國網公司通用設備，故在國網的采購和招標中會遇到一些困難。

3 35 kV設備廠家生產及湖南省內運行情況

3.1 35kV 充氣柜

隨著設備技術水平的提高，電網、冶金、鐵路、光口、建筑等領域已開始大力應用充氣式開關柜，目前國內已有多家設備廠家生產該設備。比較好的合資廠有ABB、施耐德、西門子、廣州白云，國內廠家有上海天靈、山東泰開、施耐德（陜西）寶光等。相對來說，合資廠家的技術比較成熟，且在省外電力及鐵路等行業有非常多的運行經驗。目前35kV 充氣柜已在湖南省內多個110kV 及220kV 變電站應用，但暫無長久的運行經驗。

3.2 35kV HGIS設備

35kV HGIS設備目前的主要廠家分為國內廠家和合資廠家兩類，國內廠家主要有山東泰開中壓有限公司，合資廠家主要有北京宏達日新電機有限公司、西門子中壓開關技術有限公司、蘇州阿爾斯通高壓電氣開關有限公司、ABB 高壓開關有限公司等。根據目前我們收集的相關資料，山東泰開中壓有限公司生產的設備額定電流主要為1 250～2 500A，額定短時耐受電流為31.5kA，額定峰值耐受電流為80kA；而合資企業的設備目前額定電流主要為1 250～3 150A，部分廠家可做到4 000A，額定短時耐受電流為40kA，額定峰值耐受電流為100kA。設備尺寸國產設備和合資設備差別不大。35kV HGIS設備在南網部分變電站已投入運行，由于該設備屬于國網非通用設備，目前在湖南省內變電站尚未使用。

4 35kV 設備特點及運行中遇到的問題

4.1 35kV 充氣柜

4.1.1 主要特點

（1）開關柜體積小，占地面積少，柜體尺寸（600～800）mm×1 800mm×2 400mm。（2）金屬鎧裝氣體密封，高壓部件防水、防塵、不受環境影響，不受海拔高度影響，完全免維護；斷路器采用永磁或彈簧操作機構；固封極柱真空滅弧室，零部件大大減少。（3）采用智能控制和保護單元，具有控制、保護、測量、通信功能，完全實現配網自動化要求。（4）三工位開關具有手動和電動操作機構。（5）具有可靠的機械和電氣聯鎖設計方案，能有效防止誤操作。（6）開關柜間采用母線連接器，安裝方便、擴展靈活，且無需涉及氣體系統的處理。（7）電壓互感器、避雷器等采用先進的插接技術，方便單元運輸以及現場裝配。PT 可與避雷器及隔離開關單獨配置一面柜，也可與進線、出線等合用一個柜。分段和隔離柜也可以合用一個柜。（8）開關柜帶有專門的壓力釋放孔以及專門的壓力釋放通道，萬一發生內部燃弧故障，不會對人身造成傷害。

4.1.2 運行中遇到的問題及各廠家處理方式

（1）當PT 或避雷器置入其他柜時，基本為直接插接在母線上，若遇PT、避雷器檢修或熔斷器燒壞，需停母線。各廠家的處理方式為：施耐德插拔PT 帶一個小隔離開關，內置保險；ABB不帶熔絲，可配置一個小隔離刀閘；廣州白云內置熔斷器，PT 直接插接在母線上；上海天靈帶熔斷器，PT 直接插接在母線上。因此在設計過程中，可采用單獨的PT 柜，也可采用帶隔離開關的插拔式PT。（2）根據各單位的運行方式，選擇的消諧裝置也不同，有的習慣用一次消諧（電阻式或零序PT 式），有的習慣用二次消諧，也有的需要二者兼有。通過咨詢，各廠家產品均能安裝二次消諧，但部分廠家一次消諧裝置只能安裝電阻式的，無法安裝零序PT 式消諧裝置，還有部分廠家根本無法安裝一次消諧裝置。目前廠家對于一次消諧裝置的安裝已開始進行研究，以期盡早滿足用戶需求。

4.2 35kV HGIS設備

4.2.1 主要特點

（1）HGIS將隔離開關和接地開關封閉在充氣的殼體內，這樣就避免了戶外隔離開關經常出現的瓷瓶斷裂、操作失靈、導電回路過熱、腐蝕4大問題；且隔離開關與接地開關合一，簡化了結構，大大縮小了尺寸，這種三工位隔離開關與接地開關，不存在常規隔離開關與接地開關間各種可能的誤操作，因此可簡化它們之間的電氣操作聯鎖，使運行可靠性大大提高。

（2）采用預安裝技術，整套設備在出廠前安裝、調試完畢，實現“即插即用”功能，極大地縮短了安裝周期。

4.2.2 缺點

（1）目前國內廠家生產的設備額定電流最大值為2 500A，額定短時耐受電流最大為31.5kA，對于部分大電流回路，特別是500kV 變電站低壓側的總回路適應性偏低；合資廠家生產的設備額定電流最大值可達3 150A，額定短時耐受電流最大可達40kA，有特殊要求時額定電流最大值可達4 000 A。因此，國產設備存在一定局限性，合資產品雖然能滿足技術要求，但造價相對較高。

（2）目前國網公司無通用設備，物資招標困難。

5 同規模35kV 配電裝置占地、造價及運行維護比較

根據國家電網公司典型設計方案，35kV 按2回主變進線、1個分段、6 回出線間隔考慮，采用充氣柜和HGIS 設備的占地、造價及運行維護比較如表1所示。

表1 同規模35 kV配電裝置占地、造價及運行維護比較

6 綜合比較

35kV充氣柜有如下優勢：（1）柜體尺寸減少30%～70%，減少大量基建費用。（2）母聯提升可由一個間隔實現，母線PT和避雷器可不占用單獨柜位，能節約約20%的占地空間。（3）安裝簡單方便，減少了現場安裝的時間和誤操作。（4）因為高壓部分完全密封，減少了大量的運行費用及定期試驗費用。（5）完全無人值守，降低了人員費用。（6）設備安全可靠，使得系統運行穩定。

35kV HGIS設備的優勢：（1）節約大量設備支架和基礎，節省土建費用。（2）平時工作量與GIS相當，檢修空間大，便于檢修。（3）采用預安裝技術，整套設備在出廠前安裝、調試完畢，實現“即插即用”功能，極大地縮短了安裝周期。（4）價格適中。